stringtranslate.com

К-теория

В математике K-теория — это , грубо говоря, исследование кольца , порожденного векторными расслоениями над топологическим пространством или схемой . В алгебраической топологии это теория когомологий, известная как топологическая K-теория . В алгебре и алгебраической геометрии это называется алгебраической К-теорией . Это также фундаментальный инструмент в области операторных алгебр . Его можно рассматривать как изучение определенных видов инвариантов больших матриц . [1]

К-теория предполагает построение семейств К - функторов , отображающих топологические пространства или схемы в ассоциированные кольца; эти кольца отражают некоторые аспекты структуры исходных пространств или схем. Как и в случае с функторами групп в алгебраической топологии, причина этого функториального отображения заключается в том, что некоторые топологические свойства легче вычислить на основе отображенных колец, чем на основе исходных пространств или схем. Примеры результатов, полученных на основе подхода K-теории, включают теорему Гротендика-Римана-Роха , периодичность Ботта , теорему об индексе Атьи-Зингера и операции Адамса .

В физике высоких энергий K-теория и, в частности, скрученная K-теория появились в теории струн типа II , где было высказано предположение, что они классифицируют D-браны , напряженности полей Рамона-Рамонда , а также некоторые спиноры на обобщенных комплексных многообразиях . В физике конденсированного состояния К-теория использовалась для классификации топологических изоляторов , сверхпроводников и стабильных поверхностей Ферми . Подробнее см. К-теория (физика) .

Завершение Гротендика

Пополнение Гротендиком абелева моноида в абелеву группу является необходимым ингредиентом для определения K-теории, поскольку все определения начинаются с построения абелева моноида из подходящей категории и превращения его в абелеву группу посредством этой универсальной конструкции. Пусть задан абелев моноид – отношение on, определяемое формулой

если существует такое, что Тогда множество имеет структуру группы, где :

Классы эквивалентности этой группы следует понимать как формальные различия элементов абелева моноида. Этой группе также соответствует моноидный гомоморфизм, заданный формулой, который обладает некоторым универсальным свойством .

Чтобы лучше понять эту группу, рассмотрим некоторые классы эквивалентности абелева моноида . Здесь мы будем обозначать единичный элемент через так, чтобы он был единичным элементом First для любого , поскольку мы можем установить и применить уравнение из отношения эквивалентности, чтобы получить. Это подразумевает

следовательно, у нас есть аддитивный обратный для каждого элемента в . Это должно дать нам намек на то, что мы должны думать о классах эквивалентности как о формальных различиях. Еще одним полезным наблюдением является инвариантность классов эквивалентности при масштабировании:

для любого

Пополнение Гротендика можно рассматривать как функтор , и оно обладает тем свойством, что оно сопряжено слева с соответствующим функтором забвения. Это означает, что для данного морфизма абелева моноида в основной абелев моноид абелевой группы существует единственная абелева группа. морфизм

Пример для натуральных чисел

Показательным примером является пополнение Гротендиком . Мы видим, что для любой пары мы можем найти минимальный представитель , используя инвариантность при масштабировании. Например, из масштабной инвариантности мы можем видеть, что

В общем, если тогда

который имеет вид или

Это показывает, что мы должны думать о целых положительных числах и об отрицательных целых числах.

Определения

Существует несколько основных определений К-теории: два из топологии и два из алгебраической геометрии.

Группа Гротендика для компактных хаусдорфовых пространств.

Для данного компактного хаусдорфова пространства рассмотрим множество классов изоморфизма конечномерных векторных расслоений над , обозначим и обозначим класс изоморфизма векторного расслоения . Поскольку классы изоморфизма векторных расслоений хорошо ведут себя по отношению к прямым суммам , мы можем записать эти операции над классами изоморфизма следующим образом:

Должно быть ясно, что это абелев моноид, единица которого задается тривиальным векторным расслоением . Затем мы можем применить пополнение Гротендика, чтобы получить абелеву группу из этого абелева моноида. Это называется К-теорией и обозначается .

Мы можем использовать теорему Серра-Свона и некоторую алгебру, чтобы получить альтернативное описание векторных расслоений над кольцом непрерывных комплекснозначных функций как проективных модулей . Тогда их можно отождествить с идемпотентными матрицами в некотором кольце матриц . Мы можем определить классы эквивалентности идемпотентных матриц и сформировать абелев моноид . Его пополнение Гротендика также называют . Один из основных методов вычисления группы Гротендика для топологических пространств основан на спектральной последовательности Атьи – Хирцебруха , что делает ее очень доступной. Единственные необходимые вычисления для понимания спектральных последовательностей — это вычисление группы сфер . [2] стр. 51-110

Группа Гротендика векторных расслоений в алгебраической геометрии

Аналогичная конструкция существует при рассмотрении векторных расслоений в алгебраической геометрии . Для нетеровой схемы существует множество всех классов изоморфизма алгебраических векторных расслоений на . Тогда, как и прежде, корректно определена прямая сумма классов изоморфизмов векторных расслоений, дающая абелев моноид . Тогда группа Гротендика определяется применением конструкции Гротендика к этому абелеву моноиду.

Группа Гротендика когерентных пучков в алгебраической геометрии

В алгебраической геометрии ту же конструкцию можно применить к алгебраическим векторным расслоениям над гладкой схемой. Но для любой нетеровой схемы существует альтернативная конструкция . Если мы посмотрим на классы изоморфизма когерентных пучков, мы можем модифицироваться по соотношению, если существует короткая точная последовательность

Это дает группу Гротендика , изоморфную группе if и гладкой. Группа особенная, поскольку существует еще и кольцевая структура: мы определяем ее как

Используя теорему Гротендика–Римана–Роха , мы имеем, что

является изоморфизмом колец. Следовательно, мы можем использовать теорию пересечений . [3]

История ранних веков

Можно сказать, что эта тема началась с Александра Гротендика (1957), который использовал ее для формулировки своей теоремы Гротендика-Римана-Роха . Свое название он получил от немецкого Klasse , что означает «класс». [4] Гротендику нужно было работать с когерентными пучками на алгебраическом многообразии X . Вместо того, чтобы работать непосредственно с пучками, он определил группу, используя классы изоморфизма пучков в качестве генераторов группы, подчиняясь отношению, которое идентифицирует любое расширение двух пучков с их суммой. Результирующая группа называется K ( X ), если используются только локально свободные пучки , или G ( X ), если все пучки являются когерентными. Любая из этих двух конструкций называется группой Гротендика ; K ( X ) имеет когомологическое поведение, а G ( X ) имеет гомологическое поведение.

Если Xгладкое многообразие , эти две группы одинаковы. Если это гладкое аффинное многообразие , то все расширения локально свободных пучков расщепляются, поэтому группа имеет альтернативное определение.

В топологии , применив ту же конструкцию к векторным расслоениям , Майкл Атья и Фридрих Хирцебрух определили K ( X ) для топологического пространства X в 1959 году и, используя теорему о периодичности Ботта , сделали его основой экстраординарной теории когомологий . Он сыграл важную роль во втором доказательстве теоремы об индексе Атьи – Зингера (около 1962 г.). Более того, этот подход привел к некоммутативной К-теории для С*-алгебр .

Уже в 1955 году Жан-Пьер Серр использовал аналогию векторных расслоений с проективными модулями , чтобы сформулировать гипотезу Серра , которая утверждает, что каждый конечно порожденный проективный модуль над кольцом многочленов свободен ; это утверждение верно, но оно было подтверждено только 20 лет спустя. ( Теорема Свона — еще один аспект этой аналогии.)

События

Другим историческим источником алгебраической K-теории была работа Дж. Х. Уайтхеда и других над тем, что позже стало известно как кручение Уайтхеда .

Затем последовал период, когда существовали различные частичные определения высших функторов К-теории . Наконец, два полезных и эквивалентных определения были даны Дэниелом Квилленом с использованием теории гомотопий в 1969 и 1972 годах. Вариант был также дан Фридхельмом Вальдхаузеном для изучения алгебраической K-теории пространств, которая связана с изучением псевдоизотопий. . Многие современные исследования по высшей K-теории связаны с алгебраической геометрией и изучением мотивных когомологий .

Соответствующие конструкции, включающие вспомогательную квадратичную форму , получили общее название L-теории . Это главный инструмент теории хирургии .

В теории струн классификация K-теорией напряженностей полей Рамона–Рамонда и зарядов стабильных D-бран была впервые предложена в 1997 году. [5]

Примеры и свойства

К 0 поля

Самый простой пример группы Гротендика — группа Гротендика точки для поля . Поскольку векторное расслоение над этим пространством представляет собой просто конечномерное векторное пространство, которое является свободным объектом в категории когерентных пучков и, следовательно, проективным, моноид классов изоморфизма соответствует размерности векторного пространства. Несложно показать, что тогда группа Гротендика …

K 0 артиновой алгебры над полем

Одним из важных свойств группы Гротендика нетеровой схемы является то, что она инвариантна относительно редукции, следовательно . [6] Следовательно, группа Гротендика любой артиновой -алгебры представляет собой прямую сумму копий , по одной для каждой связной компоненты ее спектра. Например,

K 0 проективного пространства

Одним из наиболее часто используемых вычислений группы Гротендика является вычисление проективного пространства над полем. Это связано с тем, что числа пересечений проектива можно вычислить путем встраивания и использования формулы двухтактного взаимодействия . Это позволяет выполнять конкретные расчеты с элементами без необходимости явно знать его структуру, поскольку [7]

K 0 проективного расслоения

Другой важной формулой для группы Гротендика является формула проективного расслоения: [8] для векторного расслоения ранга r над нетеровой схемой группа Гротендика проективного расслоения является свободным -модулем ранга r с базисом . Эта формула позволяет вычислить группу Гротендика . Это позволяет рассчитывать поверхности Хирцебруха. Кроме того, это можно использовать для вычисления группы Гротендика, наблюдая, что она представляет собой проективное расслоение над полем .

K 0 сингулярных пространств и пространств с изолированными факторособенностями

Один из недавних методов вычисления группы пространств Гротендика с незначительными особенностями основан на оценке разницы между и , которая исходит из того факта, что каждое векторное расслоение может быть эквивалентно описано как когерентный пучок. Это делается с помощью группы Гротендика категории особенностей [9] [10] из производной некоммутативной алгебраической геометрии . Это дает длинную точную последовательность, начинающуюся с

высшей К-теории
[10] стр. 3

K 0 гладкой проективной кривой

Для гладкой проективной кривой группа Гротендика равна

Пикараспектральной последовательности Брауна-Герстена-Квиллена [11], стр. 72K-теориирегулярной схемы
[11] стр. 80
Коэна-Маколея

Приложения

Виртуальные пакеты

Одним из полезных применений группы Гротендика является определение виртуальных векторных расслоений. Например, если у нас есть вложение гладких пространств , то существует короткая точная последовательность

где – конормальное расслоение в . Если у нас есть сингулярное пространство, вложенное в гладкое пространство, мы определяем виртуальное конормальное расслоение как

Другое полезное применение виртуальных расслоений связано с определением виртуального касательного расслоения пересечения пространств: Пусть – проективные подмногообразия гладкого проективного многообразия. Тогда мы можем определить виртуальное касательное расслоение их пересечения как

Концевич использует эту конструкцию в одной из своих работ. [12]

Персонажи Черна

Классы Чженя можно использовать для построения гомоморфизма колец из топологической K-теории пространства в (пополнение) его рациональных когомологий. Для линейного расслоения L характер Чженя ch определяется формулой

В более общем смысле, если это прямая сумма линейных расслоений, с первыми классами Чженя характер Чженя определяется аддитивно.

Символ Черна полезен отчасти потому, что он облегчает вычисление класса Черна тензорного произведения. Характер Черна используется в теореме Хирцебруха–Римана–Роха .

Эквивариантная К-теория

Эквивариантная алгебраическая K-теория — это алгебраическая K-теория , связанная с категорией эквивариантных когерентных пучков на алгебраической схеме с действием линейной алгебраической группы через Q-конструкцию Квиллена ; таким образом, по определению,

В частности, это группа Гротендика . Теория была разработана Р.В. Томасоном в 1980-х годах. [13] В частности, он доказал эквивариантные аналоги фундаментальных теорем, таких как теорема о локализации.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Атья, Майкл (2000). «К-теория прошлого и настоящего». arXiv : math/0012213 .
  2. ^ Парк, Эфтон. (2008). Комплексная топологическая К-теория. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-511-38869-9. ОСЛК  227161674.
  3. ^ Гротендик. «SGA 6 - Формализм пересечений собственных алгебраических схем».
  4. ^ Каруби, 2006 г.
  5. ^ Рубен Минасян (http://string.lpthe.jussieu.fr/members.pl?key=7) и Грегори Мур в K-теории и заряде Рамона – Рамона.
  6. ^ "Группа Гротендика для проективного пространства над двойственными числами". mathoverflow.net . Проверено 16 апреля 2017 г.
  7. ^ "Теория и гомологии kt.k - группа Гротендика для проективного пространства над двойственными числами". MathOverflow . Проверено 20 октября 2020 г.
  8. ^ Манин, Юрий I (1 января 1969). «Лекции о К-функторе в алгебраической геометрии». Российские математические обзоры . 24 (5): 1–89. Бибкод :1969РуМаС..24....1М. дои : 10.1070/rm1969v024n05abeh001357. ISSN  0036-0279.
  9. ^ "ag.алгебраическая геометрия - Является ли алгебраическая группа Гротендика взвешенного проективного пространства конечно порожденной?". MathOverflow . Проверено 20 октября 2020 г.
  10. ^ аб Павич, Небойша; Шиндер, Евгений (2021). «К-теория и категория особенностей факторособенностей». Анналы К-теории . 6 (3): 381–424. arXiv : 1809.10919 . дои :10.2140/акт.2021.6.381. S2CID  85502709.
  11. ^ аб Шринивас, В. (1991). Алгебраическая К-теория. Бостон: Биркхойзер. ISBN 978-1-4899-6735-0. ОСЛК  624583210.
  12. ^ Концевич, Максим (1995), «Перечисление рациональных кривых с помощью действий тора», Пространство модулей кривых (Texel Island, 1994) , Progress in Mathematics, vol. 129, Бостон, Массачусетс: Birkhäuser Boston, стр. 335–368, arXiv : hep-th/9405035 , MR  1363062.
  13. ^ Чарльз А. Вейбель, Роберт В. Томасон (1952–1995).

Рекомендации

Внешние ссылки