埃雷斯曼联络
数学术语
微分几何中,埃雷斯曼联络(Ehresmann connection)是应用于任意纤维丛的联络概念的一个版本。特别的是,它可以是非线性的,因为一般的纤维丛上没有合适的线性的概念。 一般情况下,它适用于主丛这一类特殊的纤维丛,通过联络形式表述,在这种情况联络至少是在一个李群的作用下等变。埃雷斯曼联络以法国数学家夏尔·埃雷斯曼命名,他第一次这种想法正式化。
定义
令π:P→M为主丛,其结构群李群G,G的李代数为。则P的一个埃雷斯曼联络为E的一个值微分1形式ω∈𝖌⊗T*P,且满足如下性质:
定义1
(1)正规化性质:ω限制在纤维G上为ω0=-(dg)g-1;
(2)不变性质:Rg*ω=Ad(g-1)ω=g-1ωg。
定义2
其中uv为切向量u的垂直分量,lb:G→P定义为lb(g)=bg
简介
微分几何中经典的协变导数是一个线性微分算子,它以协变的方式取向量丛中截面的方向导数,也能用来阐述在特定向量方向上丛中截面为平行的概念:截面s沿着向量V平行,如果∇Vs= 0。所以一个协变导数提供了两个观念:微分算子以及各个方向上的平行。埃雷斯曼联络完全放弃了微分算子,并用截面在各个方向平行的含义来公理化一个联络。精确一点讲,埃雷斯曼联络将纤维丛中的切丛的某些子空间指定为“水平子空间”。如果ds(V)处于水平空间中,则截面s是在V方向上是水平的(也即平行的)。在这里,我们把s视为从底空间M映射到向量丛E的函数s:M→E,且ds:TM→s*TE是向量的前推。水平空间组成TE的一个子向量丛。
如此一来直接的好处是它可以用于比向量丛一般得多的场合。特别是,它对于一般的纤维丛都是有定义的。而且,很多协变导数的特色得到了保留:平移曲率和和乐。
然而此定义除了线性之外还失去了协变性。在经典协变导数中,协变性乃是导数的后验特性。在构造过程中,要先指定“非协变”克氏记号的变换法则,才能给出符合协变的导数。对埃雷斯曼联络而言,可借由引入作用在纤维丛里纤维上的李群,来强加一个推广的协变原则。恰当的条件就是要求水平空间在某种意义下对应于群作用等变。
埃雷斯曼联络的点睛之笔是它可以表达为一个微分形式,和联络形式的情况类似。若一个群作用在纤维上,并且联络等变,则该形式也是等变的。而且,该联络形式也允许用曲率形式来定义曲率。
抽象定义
令π:E→M为纤维丛。E上的联络由如下数据组成:
用更加看似深奥的术语来讲,满足属性1~4的这样的一个对水平空间的设定,精确地对应于给定一个射丛JE→E的光滑截面。
等价的有,令Φ为到垂直丛V的投影。这可以由上述TE到水平和垂直分量的直和分解得到。则Φ满足:
反过来,若Φ是满足1和2的向量丛映射,则H =kerΦ定义了上述的一个联络的结构。
相关概念
曲率
令Φ为一埃雷斯曼联络。则Φ的曲率为
其中[-,-]表示Φ ∈ Ω(E,TE)和它自己的Frölicher-Nijenhuis括号。这样R∈ Ω(E,TE)就是一个E上取值在TE中的2-形式,定义为
或者说
其中X=XH+XV代表到H和V分量的分解。从上式可以看出,曲率为0当且仅当水平子丛是弗罗贝尼乌斯可积的。这样,曲率是否为0就是水平子丛能否构成纤维丛E→M的横截面的可积性条件
一个埃雷斯曼曲率也满足比安基恒等式(Bianchi identity)的一个扩展版本:
其中[-,-]仍然是Φ ∈ Ω(E,TE)和R∈ Ω(E,TE)的Frölicher-Nijenhuis括号。
水平提升
埃雷斯曼联络也给出了将曲线从基流形M提升到纤维丛E的总空间并且使得曲线的切向量为水平向量的方式。这些水平提升是其它版本的联络表述中的平行移动的直接对应。
精确来讲,设 γ(t) 为M中穿过点P= γ(0) 的光滑曲线。令e∈EP为P上的纤维中的一点。γ 穿过e的一个提升就是一条曲线,它位于E中,提升是水平的,当曲线的每个切向量位于TE的水平子丛中:
对π和Φ利用秩-零化度定理可以证明每个向量v∈ TPM有唯一的水平提升。特别是,γ的切向量场在拉回丛γE的总空间上产生一个水平向量场。利用皮卡定理,这个向量场是可积的。这样,对于每个曲线γ和γ(0)的纤维上的一点e,对于足够小的时间t总是存在唯一的穿过e的γ的水平提升。
完备性
埃雷斯曼联络允许曲线有局部水平提升。对于一个完备埃雷斯曼联络,曲线可以在整个定义域上水平提升。
和乐群
联络的平坦性局部对应于水平空间的弗罗贝尼乌斯可积性。在另一个极端,非零曲率表示了联络的和乐群的存在。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 16:52
目录
概述
定义
简介
参考资料