完整群

✍ dations ◷ 2025-10-22 15:08:03 #曲率,联络,微分几何

在 微分几何中,一个微分流形上的联络的完整(holonomy) (又译和乐),描述向量绕闭圈平行移动一周回到起点后,与原先相异的现象。平联络的和乐是一种单值性(英语:monodromy)现象,其于全域有定义。曲联络的和乐则有非平凡的局域和全域特点。

流形上任意一种联络,都可由其平行移动映射给出相应的和乐。常见的和乐由具有特定对称的联络给出,例如黎曼几何中列维-奇维塔联络的和乐(称为黎曼和乐)。向量丛联络的和乐、嘉当联络的和乐,以及主丛联络的和乐。在该些例子中,联络的和乐可用一个李群描述,称为和乐群。联络的和乐与其曲率密切相关,见安布罗斯-辛格定理。

对黎曼和乐的研究导致了若干重要的发现。其最早由Élie Cartan (1926)引入,以用于对称空间(英语:symmetric space)的分类上。然而,很久以后,和乐群才用于更一般的黎曼几何上。1952年, 乔治·德拉姆证明了德拉姆分解定理:若黎曼流形的切丛可分解成局域和乐群作用下不变的子空间,则该流形分解为黎曼流形的笛卡儿积。稍后,于1953年,马塞尔·伯格(英语:Marcel Berger) 给出所有不可约和乐的分类。黎曼和乐的分解和分类适用于物理和弦论。

设 为光滑流形, 为其上的 维向量丛,∇ 为 上的联络。给定 上一点 和以 为基点的分段光滑环圈  : → , 该联络定义了一个平行移动映射  : → . 该映射是可逆线性映射,因此是一般线性群 GL() 的元素。∇ 以 为基点的和乐群定义为

以 为基点的限制和乐群是由可缩(英语:contractible)环圈 给出的子群 Hol x 0 ( ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{x}^{0}(\nabla )} 连通,则不同基点 的和乐群 仅相差 GL(, R) 的共轭作用。更具体说,若 为 中由 到 的路径,则

选取 的另一组基(即以另一种方式将 视为与 R 等同)同样会使和乐群变成 GL(, R) 中另一个共轭子群。非完全严格的讨论中(下同),可将基点略去,但倘如此行,则和乐群仅在共轭意义下有良好定义。

和乐群的重要性质包括:

在物理学中,威尔森循环是 tr()(特征标理论的迹)。

主丛联络的和乐与向量丛相仿。设 为李群, 为仿紧光滑流形 上的主 丛。设 为 上的联络。给定 中一点 , 以 为基点的分段光滑环圈  : → , 以及 纤维上一点 , 该联络定义了唯一的 γ ~ : P {\displaystyle {\tilde {\gamma }}:\to P} , 因为其可为 纤维上的另一点 ·. 若两点 和 之间有分段光滑的水平提升路径连接,则称 ~ . 如此,~ 是 上的等价关系。

以 为基点的和乐群定义为

若在定义中仅允许可缩(英语:contractible)环圈 的水平提升,则得到以 为基点的受限和乐群 Hol p 0 ( ω ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}^{0}(\omega )} 和 皆连通,则不同基点 的和乐群仅在 互为共轭。更具体说,若 是另一个基点,则有唯一的 ∈ 使得 ~ ·. 于是,

特别地,

再者,若 ~ , 则 Hol p ( ω ) = Hol q ( ω ) . {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega )=\operatorname {Hol} _{q}(\omega ).} 为连通仿紧流形, 为其上的主 丛, 为 上的联络。设 ∈ 为主丛上的任意一点。以 () 表示 中可与 用水平曲线相连的点的集合。则可证明 () 连同其到 的投影也构成 上的主丛,且具有结构群 Hol p ( ω ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega )} () 是主 Hol p ( ω ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega )} 经过 的和乐丛。 限制到 () 上也是一个联络,因为其平行移动映射保持 () 不变。故 () 是该联络的约化主丛。此外, () 任何真子丛都不被平行移动保持,所以其在该类约化主丛之中为最小。

与和乐群类似,和乐丛在环绕它的主丛 中等变。具体说,若 ∈ 是另一个基点,则有 ∈ 使得 ~ (按假设, 是路连通的)。故 () = () . 于是,两者在和乐丛上导出的联络是相容的,即:两个联络的平行移动映射恰好相差了群元素 .

和乐丛 () 是主 Hol p ( ω ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega )} () 上。离散群 Hol p ( ω ) / Hol p 0 ( ω ) {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega )/\operatorname {Hol} _{p}^{0}(\omega )} → 为主丛,ω 为 的联络,则 ω 的和乐可限制到 的开集的纤维上。若 为 的连通开集,则将 ω 限制到 上可得丛 π−1 的联络。该丛的和乐群记为 Hol p ( ω , U ) , {\displaystyle \operatorname {Hol} _{p}(\omega ,U),} 为满足 π() ∈ 的点。

若 ⊂ 为包含 π() 的两个开集,则有包含关系

点的局域和乐群定义为

其中 为任意一族满足 k U k = π ( p ) {\displaystyle \bigcap _{k}U_{k}=\pi (p)} ), 意思是“形态”。

"Holonomy" 与 "holomorphic" 的前半 () 一样。至于后半:

“非常难在网络上找出 holonomic(或 holonomy) 的词源。我找到(鸣谢普林斯顿的约翰·康威):


‘’”

参见 νόμος () 和 -nomy。

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