格罗莫夫–威滕不变量

辛拓扑与代数几何中的不变量

辛拓扑代数几何中,格罗莫夫–威滕GW不变量有理数,某些情形下可计算在给定辛流形中符合给定条件的伪全纯曲线。GW不变量可打包为适当空间中的同调上同调类,或量子上同调上积。这些不变量可用于区分辛流形(以前无法区分),在闭IIA型弦论中起着至关重要的作用。它们得名于米哈伊尔·格罗莫夫爱德华·威滕

格罗莫夫-威滕不变量的严格数学定义冗长而困难,在稳定映射条目中单独讨论。本文的重点在直观解释不变量的含义、计算方法及其重要性。

定义

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考虑:

  • X:2k辛流形
  • AX中的2维同调类;
  • g:非负整数;
  • n:非负整数。

现在定义与4元组 相关的格罗莫夫–威滕不变量。令 为亏格为g、有n个标记点的曲线的德利涅-芒福德模空间,令 表示对X上某与其辛形式相容的殆复结构J,到XA稳定映射的模空间。 的元素具有如下形式:

 

其中C是(不必稳定)曲线,有n个标记点 与伪全纯的 。模空间的实维度为

 

 

表示曲线的稳定化。置

 

具有实维度 。有求值映射

 

求值映射将 基本类送到Y中的d维有理同调类,记作

 

从某种意义上说,这个同调类就是对于X,数据为gnA格罗莫夫–威滕不变量,是辛流形X的辛同痕类的不变量

要从几何角度解释格罗莫夫–威滕不变量,令β为 中的同调类, X中的同调类,使 的余维之和为d。根据克奈公式,这些都会在Y中产生同调类。置

 

其中 表示Y的有理同调中的交积。这是一个有理数,即给定类的格罗莫夫–威滕不变量。这个数字给出了伪全纯曲线(A类中,亏格为g,域位于德利涅-芒福德空间的β部分,有n个标记点映射到表示 的循环)的“虚拟”计数。

简单说,GW不变量就是计算有多少条曲线同Xn个选定子流形相交。然而,由于计数的“虚拟”性,它不一定是自然数。因为稳定映射的空间是轨形,其各向同性点可为不变量贡献非整数值。

这种构造有多种变体,如用上同调取代同调,用积分取代交,从德利涅-芒福德空间拉回的陈类也被积分,等等。

计算技巧

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格罗莫夫–威滕不变量通常很难计算。虽然它们是为任何一般殆复结构J定义的,其中 算子的线性化D满射,但实际上必须针对特定的选定J计算。事实上,计算通常是在凯勒流形上利用代数几何技术进行的。

然而,特殊的J可能诱导非满射的D,从而使得伪全纯曲线的模空间大于预期。粗略地说,我们可以通过从D余核形成向量丛(称作阻碍丛,obstruction bundle),然后将GW不变量变为阻碍丛的欧拉类的积分,以纠正这种影响。要精确化这一思想,需要利用仓西结构进行大量技术论证。

主要的计算技术是局部化,适用于X环面的状况,即它是由复环面作用的,或至少是局部环面的。然后,我们可以利用阿蒂亚-博特定点定理将GW不变量的计算简化(局部化)为对作用定点轨迹的积分。

另一种手法是利用辛技术,将X同其他空间联系起来,其GW不变量更容易计算。当然,必须首先了解不变量在辛技术中的表现。这时,我们常用更复杂的相对GW不变量,即沿着X的实维度为2的辛子流形,计算满足切线条件的曲线。

相关不变量与其他构造

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GW不变量与几何中许多其他概念密切相关,如辛范畴中的唐纳森不变量塞伯格-威滕不变量、代数范畴中的唐纳森-托马斯理论等。对紧辛4-流形,克利福德·陶布斯证明,GW不变量的一个变体等价于塞伯格-威滕不变量。人们猜想代数3-流形包含与整数值唐纳森-托马斯不变量相同的信息。物理方面的考虑也产生了戈帕库马尔-瓦法不变量,目的是为典型的有理GW理论提供底层整数计数。戈帕库马尔-瓦法不变量目前还没有严格的数学定义,这也是该课题的主要问题之一。

光滑射影簇的GW不变量可完全定义在代数几何中。平面曲线与齐次空间有理曲线的经典枚举几何都可用GW不变量来捕捉。不过,GW不变量与经典枚举计数的主要优势在于,其在目标的复结构变形时是不变的。GW不变量还提供了辛流形或射影流形上同调环中积结构的变形,可被组织起来构造流形X量子上同调环,则是普通上同调的变形。变形积的结合性,本质上来自用于定义不变量的稳定映射的模空间的自相似。

众所周知,量子上同调环同构于辛弗洛尔同调及其裤对积(pair-of-pants product)。

在物理学中的应用

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GW不变量在弦论中很热门。弦论试图统一广义相对论量子力学。其中万事万物都是由微小的构成的。弦在时空中穿行时,会描绘出一个面,称作弦的世界面。不幸的是,这种参数化面的模空间是无穷维的(至少先验地是);其上没有已知的适当测度,于是这种理论的路径积分表述缺乏严格定义。

在称作闭A模型的变体中,情况有所改善。这里有6个时空维度,构成了辛流形,而可证明世界面必由伪全纯曲线参数化,其模空间是有限维的。作为模空间上的积分,GW不变量就是这种理论的路径积分。特别是,A模型在亏格g时的自由能是亏格为g的GW不变量的母函数

另见

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参考文献

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研究论文

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