Соединение (расслоенное многообразие) - Википедия - Connection (fibred manifold)

В дифференциальная геометрия, а слоистое многообразие является сюръективный погружение из гладкие многообразия $Y \to Икс$ . Локально тривиальные расслоенные многообразия - это пучки волокон. Следовательно, понятие связь на расслоенных многообразиях дает общий каркас связь на пучках волокон.

Формальное определение

Позволять $π : Y \to Икс$ - расслоенное многообразие. Обобщенный связь на $Y$ это раздел $Γ: Y \to J 1 Y$ , куда $J 1 Y$ это струйный коллектор из $Y$ .^[1]

Соединение как горизонтальное разделение

С указанным выше коллектором $π$ есть следующие канонические короткая точная последовательность из векторные пакеты над $Y$ :

{ displaystyle 0 to mathrm {V} Y to mathrm {T} Y to Y times _ {X} mathrm {T} X to 0 ,,}

(1)

куда $Т Y$ и $Т Икс$ являются касательные пучки из $Y$ , соответственно, $V Y$ это вертикальный касательный пучок из $Y$ , и $Y \times Икс Т Икс$ это обратный пакет из $Т Икс$ на $Y$ .

А связь на расслоенном многообразии $Y \to Икс$ определяется как морфизм линейного расслоения

{ displaystyle Gamma: Y times _ {X} mathrm {T} X to mathrm {T} Y}

(2)

над $Y$ который раскол точная последовательность 1. Связь существует всегда.

Иногда эта связь $Γ$ называется Связь Ehresmann потому что это дает горизонтальное распределение

{ Displaystyle mathrm {H} Y = Gamma left (Y times _ {X} mathrm {T} X right) subset mathrm {T} Y}

из $Т Y$ и это горизонтальное разложение $Т Y = V Y \oplus H Y$ .

В то же время под связностью Эресмана понимается также следующая конструкция. Любая связь $Γ$ на расслоенном многообразии $Y \to Икс$ дает горизонтальный подъем $Γ \circ τ$ из векторное поле $τ$ на $Икс$ на $Y$ , но не обязательно определяет аналогичную подъемную силу пути в $Икс$ в $Y$ . Позволять

{ Displaystyle { begin {выровнено} mathbb {R} supset [,] ni t & к x (t) in X mathbb {R} ni t & to y (t) in Y конец {выровнено}}}

быть двумя гладкими путями в $Икс$ и $Y$ , соответственно. потом $т \to у (т)$ называется горизонтальным подъемом $Икс (т)$ если

{ Displaystyle пи (Y (T)) = Икс (T) ,, qquad { dot {y}} (t) in mathrm {H} Y ,, qquad t in mathbb { Р} ,.}

Связь $Γ$ считается Связь Ehresmann если для каждого пути $Икс ([0,1])$ в $Икс$ существует его горизонтальный подъем через любую точку $у \in π -1 (Икс ([0,1]))$ . Расслоенное многообразие является расслоением тогда и только тогда, когда оно допускает такую связность Эресмана.

Связность как касательная форма

Для расслоенного многообразия $Y \to Икс$ , наделим его атласом расслоенных координат $(Икс μ, у я)$ , и разреши $Γ$ быть связью на $Y \to Икс$ . Это дает однозначно горизонтальный касательная однозначная форма

{ displaystyle Gamma = dx ^ { lambda} otimes left ( partial _ { lambda} + Gamma _ { lambda} ^ {i} left (x ^ { nu}, y ^ {j } right) partial _ {i} right)}

(3)

на $Y$ которая проецируется на каноническую касательную форму (тавтологический однообразный или же форма припоя )

{ displaystyle theta _ {X} = dx ^ { mu} otimes partial _ { mu}}

на $Икс$ , и наоборот. При такой форме горизонтальное разделение 2 читает

{ displaystyle Gamma: partial _ { lambda} to partial _ { lambda} rfloor Gamma = partial _ { lambda} + Gamma _ { lambda} ^ {i} partial _ { я},.}

В частности, связь $Γ$ в 3 дает горизонтальный подъем любого векторного поля $τ = τ μ \partial μ$ на $Икс$ в проецируемое векторное поле

{ Displaystyle Gamma tau = tau rfloor Gamma = tau ^ { lambda} left ( partial _ { lambda} + Gamma _ { lambda} ^ {i} partial _ {i} right) subset mathrm {H} Y}

на $Y$ .

Связь как вертикально-значная форма

Горизонтальное расщепление 2 точной последовательности 1 определяет соответствующее расщепление двойственной точной последовательности

{ displaystyle 0 to Y times _ {X} mathrm {T} ^ {*} X to mathrm {T} ^ {*} Y to mathrm {V} ^ {*} Y to 0 ,,}

куда $Т * Y$ и $Т * Икс$ являются котангенсные пучки из $Y$ соответственно и $V * Y \to Y$ это двойной комплект к $V Y \to Y$ , называемый вертикальным котангенсным расслоением. Это расщепление дается вертикально-значной формой

{ displaystyle Gamma = left (dy ^ {i} - Gamma _ { lambda} ^ {i} dx ^ { lambda} right) otimes partial _ {i} ,,}

который также представляет собой связность на расслоенном многообразии.

Рассматривая связь как вертикально-значную форму, мы приходим к следующей важной конструкции. Для расслоенного многообразия $Y \to Икс$ , позволять $ж : Икс' \to Икс$ быть морфизмом и $ж * Y \to Икс'$ то откатная связка из $Y$ к $ж$ . Тогда любое подключение $Γ$ 3 на $Y \to Икс$ побуждает обратное соединение

{ displaystyle f * Gamma = left (dy ^ {i} - left ( Gamma circ { tilde {f}} right) _ { lambda} ^ {i} { frac { partial f ^ { lambda}} { partial x '^ { mu}}} dx' ^ { mu} right) otimes partial _ {i}}

на $ж * Y \to Икс'$ .

Подключение в виде секции жиклера

Позволять $J 1 Y$ быть струйный коллектор секций расслоенного многообразия $Y \to Икс$ , с координатами $(Икс μ, у я, у я μ)$ . Благодаря каноническому вложению

{ displaystyle mathrm {J} ^ {1} Y to _ {Y} left (Y times _ {X} mathrm {T} ^ {*} X right) otimes _ {Y} mathrm {T} Y ,, qquad left (y _ { mu} ^ {i} right) to dx ^ { mu} otimes left ( partial _ { mu} + y _ { mu} ^ {i} partial _ {i} right) ,,}

любая связь $Γ$ 3 на расслоенном многообразии $Y \to Икс$ представлен глобальным разделом

{ displaystyle Gamma: Y to mathrm {J} ^ {1} Y ,, qquad y _ { lambda} ^ {i} circ Gamma = Gamma _ { lambda} ^ {i} ,,}

струйного пучка $J 1 Y \to Y$ , и наоборот. Это аффинный пучок по образцу векторный набор

{ displaystyle left (Y times _ {X} T ^ {*} X right) otimes _ {Y} mathrm {V} Y to Y ,.}

(4)

Из этого факта вытекают следующие следствия.

Связности на расслоенном многообразии

Y \to Икс

составить аффинное пространство моделируется на векторном пространстве формы для пайки

{ displaystyle sigma = sigma _ { mu} ^ {i} dx ^ { mu} otimes partial _ {i}}

(5)

на

Y \to Икс

, т.е. сечения векторного расслоения 4.

Коэффициенты связи подчиняются закону преобразования координат
${ displaystyle { Gamma '} _ { lambda} ^ {i} = { frac { partial x ^ { mu}} { partial {x'} ^ { lambda}}} left ( partial _ { mu} {y '} ^ {i} + Gamma _ { mu} ^ {j} partial _ {j} {y'} ^ {i} right) ,.}$
Каждое соединение $Γ$ на расслоенном многообразии $Y \to Икс$ дает первый порядок дифференциальный оператор
${ displaystyle D _ { Gamma}: mathrm {J} ^ {1} Y to _ {Y} mathrm {T} ^ {*} X otimes _ {Y} mathrm {V} Y ,, qquad D _ { Gamma} = left (y _ { lambda} ^ {i} - Gamma _ { lambda} ^ {i} right) dx ^ { lambda} otimes partial _ {i} ,,}$
на $Y$ называется ковариантный дифференциал относительно связи $Γ$ . Если $s : Икс \to Y$ является сечением, его ковариантный дифференциал
${ displaystyle nabla ^ { Gamma} s = left ( partial _ { lambda} s ^ {i} - Gamma _ { lambda} ^ {i} circ s right) dx ^ { lambda } otimes partial _ {i} ,,}$
и ковариантная производная
${ displaystyle nabla _ { tau} ^ { Gamma} s = tau rfloor nabla ^ { Gamma} s}$
вдоль векторного поля $τ$ на $Икс$ определены.

Кривизна и кручение

Учитывая связь $Γ$ 3 на расслоенном многообразии $Y \to Икс$ , это кривизна определяется как Дифференциал Nijenhuis

{ displaystyle { begin {align} R & = { tfrac {1} {2}} d _ { Gamma} Gamma & = { tfrac {1} {2}} [ Gamma, Gamma] _ { mathrm {FN}} & = { tfrac {1} {2}} R _ { lambda mu} ^ {i} , dx ^ { lambda} wedge dx ^ { mu} otimes partial _ {i} ,, R _ { lambda mu} ^ {i} & = partial _ { lambda} Gamma _ { mu} ^ {i} - partial _ { mu} Gamma _ { lambda} ^ {i} + Gamma _ { lambda} ^ {j} partial _ {j} Gamma _ { mu} ^ {i} - Gamma _ { mu} ^ { j} partial _ {j} Gamma _ { lambda} ^ {i} ,. end {align}}}

Это вертикальная горизонтальная двойная форма на $Y$ .

Учитывая связь $Γ$ 3 и форма пайки $σ$ 5, а кручение из $Γ$ относительно $σ$ определяется как

{ Displaystyle T = d _ { Gamma} sigma = left ( partial _ { lambda} sigma _ { mu} ^ {i} + Gamma _ { lambda} ^ {j} partial _ { j} sigma _ { mu} ^ {i} - partial _ {j} Gamma _ { lambda} ^ {i} sigma _ { mu} ^ {j} right) , dx ^ { lambda} wedge dx ^ { mu} otimes partial _ {i} ,.}

Связка основных подключений

Позволять $π : п \to M$ быть основной пакет со структурной группой Ли $грамм$ . А основная связь на $п$ обычно описывается одноформной алгеброзначной связностью на $п$ . В то же время принципиальная связь на $п$ это глобальный раздел струйного пучка $J 1 п \to п$ который эквивариантный относительно канонического правого действия $грамм$ в $п$ . Следовательно, он представлен глобальным участком фактор-расслоения $C = J 1 п / грамм \to M$ , называется связка основных подключений. Это аффинный пучок моделируется на векторном расслоении $V п / грамм \to M$ чье типичное волокно Алгебра Ли $грамм$ структурной группы $грамм$ , и где $грамм$ действует по присоединенное представительство. Есть каноническое вложение $C$ к фактор-расслоению $Т п / грамм$ который также называется связка основных подключений.

Учитывая основу ${е м}$ для алгебры Ли $грамм$ , пучок волокон $C$ наделен координатами пучка $(Икс μ, а м μ)$ , а его разделы представлены векторнозначные однозначные формы

{ displaystyle A = dx ^ { lambda} otimes left ( partial _ { lambda} + a _ { lambda} ^ {m} { mathrm {e}} _ {m} right) ,, }

куда

{ displaystyle a _ { lambda} ^ {m} , dx ^ { lambda} otimes { mathrm {e}} _ {m}}

знакомые местные формы подключения на $M$ .

Отметим, что струйный пучок $J 1 C$ из $C$ это конфигурационное пространство из Калибровочная теория Янга – Миллса. Он допускает каноническое разложение

{ displaystyle { begin {align} a _ { lambda mu} ^ {r} & = { tfrac {1} {2}} left (F _ { lambda mu} ^ {r} + S _ { лямбда mu} ^ {r} right) & = { tfrac {1} {2}} left (a _ { lambda mu} ^ {r} + a _ { mu lambda} ^ {r } -c_ {pq} ^ {r} a _ { lambda} ^ {p} a _ { mu} ^ {q} right) + { tfrac {1} {2}} left (a _ { lambda mu} ^ {r} -a _ { mu lambda} ^ {r} + c_ {pq} ^ {r} a _ { lambda} ^ {p} a _ { mu} ^ {q} right) , , end {align}}}

куда

{ displaystyle F = { tfrac {1} {2}} F _ { lambda mu} ^ {m} , dx ^ { lambda} wedge dx ^ { mu} otimes { mathrm {e} } _ {m}}

называется форма силы основного подключения.

Смотрите также

Примечания

^ Крупка, Деметра; Янышка, Йозеф (1990). Лекции по дифференциальным инвариантам. Univerzita J. E. Purkyně v Brně. п. 174. ISBN 80-210-0165-8.