Math/physics concept
数学 、特に 微分幾何学 において 、 接続形式とは、 移動フレーム と 微分形式 の言語を使用して 接続 のデータを整理する方法です 。
歴史的に、接続形式はエリー・カルタン によって 20世紀前半に、彼の移動フレーム法の一部として、またその主要な動機の1つとして導入されました。接続形式は一般に 座標フレーム の選択に依存するため、 テンソル 対象ではありません。カルタンの初期の研究の後に、接続形式のさまざまな一般化と再解釈が定式化されました。特に、 主バンドル 上では、 主接続は 、テンソル対象としての接続形式の自然な再解釈です。一方、接続形式には、微分多様体上の抽象的な主バンドル上ではなく、 微分可能多様体 上で定義された微分形式であるという利点があります。したがって、テンソル性が欠けているにもかかわらず、接続形式は計算が比較的簡単なため、引き続き使用されています。 [1] 物理学 では、接続形式は、 ゲージ共変 微分を通じて、 ゲージ理論 の文脈でも広く使用されています 。
接続形式は、 ベクトル束 の各 基底に微分 形式 の行列を関連付けます 。接続形式はテンソルではありません。 基底の変更 により、接続形式は、 レヴィ-チヴィタ接続 の クリストッフェル記号 とほぼ同じように、 遷移関数 の 外微分を 含む方法で変換されるためです。接続形式の 主な テンソル不変量は 曲率形式 です。ベクトル束を 接線束と同一視する ソルダー形式 が存在する場合 、追加の不変量としてねじり形式が存在します 。多くの場合、接続形式は、 構造群 を持つ ファイバー束 などの追加の構造を持つベクトル束上で考えられます 。
ベクトル束
ベクトル束上のフレーム を微分可能多様体 上の ファイバー次元の ベクトル束 とする 。 の 局所 フレーム はの 局所セクション の 順序付き 基底である。ベクトル束は常に、多様体の アトラス と同様に、 局所自明化 によって定義されるため、局所フレームを構築することは常に可能である 。つまり、 基本多様体 上の任意の点が与えられると、 上のベクトル束が 局所自明になるような の 開近傍が存在する。これは、 に射影すると と同型である 。 上のベクトル空間構造は 、したがって、局所自明化全体に拡張することができ、 上の基底も同様に拡張することができ、これが局所フレームを定義する。(ここでは実数が使用されているが、展開の大部分は一般に環上の加群に、 特に 複素数上のベクトル空間に拡張することができる。) E {\displaystyle E} k {\displaystyle k} M {\displaystyle M} E {\displaystyle E} E {\displaystyle E} x {\displaystyle x} M {\displaystyle M} U ⊆ M {\displaystyle U\subseteq M} x {\displaystyle x} U {\displaystyle U} U × R k {\displaystyle U\times \mathbb {R} ^{k}} U {\displaystyle U} R k {\displaystyle \mathbb {R} ^{k}} R k {\displaystyle \mathbb {R} ^{k}} C {\displaystyle \mathbb {C} }
を 上の局所標構とする 。 この標構は の任意の切断を局所的に表現するのに用いることができる 。例えば、 が 標構と同じ開集合上に定義された局所切断であるとする 。すると、 e = ( e α ) α = 1 , 2 , … , k {\displaystyle \mathbf {e} =(e_{\alpha })_{\alpha =1,2,\dots ,k}} E {\displaystyle E} E {\displaystyle E} ξ {\displaystyle \xi } e {\displaystyle \mathbb {e} }
ξ = ∑ α = 1 k e α ξ α ( e ) {\displaystyle \xi =\sum _{\alpha =1}^{k}e_{\alpha }\xi ^{\alpha }(\mathbf {e} )} ここで は フレーム における の 成分 を表す 。行列方程式として表すと、 ξ α ( e ) {\displaystyle \xi ^{\alpha }(\mathbf {e} )} ξ {\displaystyle \xi } e {\displaystyle \mathbf {e} }
ξ = e [ ξ 1 ( e ) ξ 2 ( e ) ⋮ ξ k ( e ) ] = e ξ ( e ) {\displaystyle \xi ={\mathbf {e} }{\begin{bmatrix}\xi ^{1}(\mathbf {e} )\\\xi ^{2}(\mathbf {e} )\\\vdots \\\xi ^{k}(\mathbf {e} )\end{bmatrix}}={\mathbf {e} }\,\xi (\mathbf {e} )} 一般相対論 では、このようなフレーム場は テトラッド と呼ばれます 。テトラッドは、局所フレームをベース多様体上の明示的な座標系( アトラスによって確立される 座標系)に具体的に関連付けます。 M {\displaystyle M} M {\displaystyle M}
外部接続 E の 接続 は 微分演算子 の一種である
D : Γ ( E ) → Γ ( E ⊗ T ∗ M ) = Γ ( E ) ⊗ Ω 1 M {\displaystyle D:\Gamma (E)\rightarrow \Gamma (E\otimes T^{*}M)=\Gamma (E)\otimes \Omega ^{1}M} ここで、Γ はベクトル束の 局所 切断 層 を表し、Ω 1 Mは M 上の微分1形式の束を表す 。D が接続であるためには 、 外 微分 と正しく結合されていなければならない。具体的には、 vが E の局所切断であり 、 f が滑らかな関数である場合、
D ( f v ) = v ⊗ ( d f ) + f D v {\displaystyle D(fv)=v\otimes (df)+fDv} ここで、 dfは f の外微分です 。
D の定義を任意の E 値形式 に拡張し、それを E と微分形式の完全 外積代数 とのテンソル積上の微分作用素とみなすと便利な場合がある 。この適合性を満たす外接 Dが与えられれば、 D の唯一の拡張が存在する 。
D : Γ ( E ⊗ Λ ∗ T ∗ M ) → Γ ( E ⊗ Λ ∗ T ∗ M ) {\displaystyle D:\Gamma (E\otimes \Lambda ^{*}T^{*}M)\rightarrow \Gamma (E\otimes \Lambda ^{*}T^{*}M)} そういう
D ( v ∧ α ) = ( D v ) ∧ α + ( − 1 ) deg v v ∧ d α {\displaystyle D(v\wedge \alpha )=(Dv)\wedge \alpha +(-1)^{{\text{deg}}\,v}v\wedge d\alpha } ここで v は次数 deg v の同次である。言い換えれば、 Dは次数付き加群の層 Γ( E ⊗ Ω * M )上の 微分 である 。
接続 形式は、特定のフレーム e に外部接続を適用したときに生じる。e α に外部接続を適用すると 、 M 上の 1 形式 となる唯一の k × k 行列 ( ω α β )が 次のように表さ
れる。
D e α = ∑ β = 1 k e β ⊗ ω α β . {\displaystyle De_{\alpha }=\sum _{\beta =1}^{k}e_{\beta }\otimes \omega _{\alpha }^{\beta }.} 接続形式を用いることで、 E の任意の切断の外接は 表現できる。例えば、 ξ = Σ α e α ξ α とすると、
D ξ = ∑ α = 1 k D ( e α ξ α ( e ) ) = ∑ α = 1 k e α ⊗ d ξ α ( e ) + ∑ α = 1 k ∑ β = 1 k e β ⊗ ω α β ξ α ( e ) . {\displaystyle D\xi =\sum _{\alpha =1}^{k}D(e_{\alpha }\xi ^{\alpha }(\mathbf {e} ))=\sum _{\alpha =1}^{k}e_{\alpha }\otimes d\xi ^{\alpha }(\mathbf {e} )+\sum _{\alpha =1}^{k}\sum _{\beta =1}^{k}e_{\beta }\otimes \omega _{\alpha }^{\beta }\xi ^{\alpha }(\mathbf {e} ).} 両側のコンポーネントを取り、
D ξ ( e ) = d ξ ( e ) + ω ξ ( e ) = ( d + ω ) ξ ( e ) {\displaystyle D\xi (\mathbf {e} )=d\xi (\mathbf {e} )+\omega \xi (\mathbf {e} )=(d+\omega )\xi (\mathbf {e} )} ここで、 d と ω はそれぞれフレーム eに関する成分ごとの微分、および ξ の成分に作用する1-形式行列を表す ことが理解される 。逆に、1-形式行列 ωは、切断 e の基底が定義されている開集合上の局所的な接続を完全に決定するのに十分 で ある 。
フレームの変更 ω を 適切な大域的対象に拡張するためには、 E の基本断面を異なる方法で選択した場合に ω がどのように振る舞うかを調べる必要がある。 e の選択に依存することを示すために、 ω α β = ω α β ( e )と記す 。
e ′ が 局所基底の別の選択であると仮定する。すると、 関数 gの k × k 逆行列が存在し 、
e ′ = e g , i.e., e α ′ = ∑ β e β g α β . {\displaystyle {\mathbf {e} }'={\mathbf {e} }\,g,\quad {\text{i.e., }}\,e'_{\alpha }=\sum _{\beta }e_{\beta }g_{\alpha }^{\beta }.} 両辺に外部接続を適用すると、 ω の変換則が得られる。
ω ( e g ) = g − 1 d g + g − 1 ω ( e ) g . {\displaystyle \omega (\mathbf {e} \,g)=g^{-1}dg+g^{-1}\omega (\mathbf {e} )g.} 特に、 1 つのフレームから別のフレームに移る規則には遷移行列 gの導関数が関係するため、 ω は テンソル 方式で変換できないことに注意してください 。
{ U p } がM の開被覆であり 、各 U p が E の自明化 e p を備えている場合 、重なり合う領域上の局所接続形式間のパッチングデータを用いて、大域接続形式を定義することができる。詳細には、 M 上の 接続形式とは、各 U p 上に定義された 1-形式の行列 ω ( e p ) の系であり 、以下の適合条件を満たす。
ω ( e q ) = ( e p − 1 e q ) − 1 d ( e p − 1 e q ) + ( e p − 1 e q ) − 1 ω ( e p ) ( e p − 1 e q ) . {\displaystyle \omega (\mathbf {e} _{q})=(\mathbf {e} _{p}^{-1}\mathbf {e} _{q})^{-1}d(\mathbf {e} _{p}^{-1}\mathbf {e} _{q})+(\mathbf {e} _{p}^{-1}\mathbf {e} _{q})^{-1}\omega (\mathbf {e} _{p})(\mathbf {e} _{p}^{-1}\mathbf {e} _{q}).} この 適合条件は 、特に、 Eのセクションの外部接続が、 E ⊗ Ω 1 M のセクションとして抽象的に見なされる場合 、接続を定義するために使用される基底セクションの選択に依存しないことを保証します。
曲率 E における接続形式の 曲 率2形式 は次のように定義される。
Ω ( e ) = d ω ( e ) + ω ( e ) ∧ ω ( e ) . {\displaystyle \Omega (\mathbf {e} )=d\omega (\mathbf {e} )+\omega (\mathbf {e} )\wedge \omega (\mathbf {e} ).} 接続形式とは異なり、曲率はフレーム変換の下でテンソル的に振舞う。これは ポアンカレの補題 を用いて直接確認できる。具体的には、 e → e g がフレーム変換であるとき、曲率二形式は次のように変換される。
Ω ( e g ) = g − 1 Ω ( e ) g . {\displaystyle \Omega (\mathbf {e} \,g)=g^{-1}\Omega (\mathbf {e} )g.} この変換則の一つの解釈は次の通りである。e * を フレーム eに対応する 双対基底 とする 。すると、2形式
Ω = e Ω ( e ) e ∗ {\displaystyle \Omega ={\mathbf {e} }\Omega (\mathbf {e} ){\mathbf {e} }^{*}} はフレームの選択に依存しない。特に、Ωは M上のベクトル値2次元形式であり、 自己準同型環 Hom( E , E )に値を持つ 。記号的に、
Ω ∈ Γ ( Λ 2 T ∗ M ⊗ Hom ( E , E ) ) . {\displaystyle \Omega \in \Gamma (\Lambda ^{2}T^{*}M\otimes {\text{Hom}}(E,E)).} 外部接続D に関して 、曲率自己準同型は次のように与えられる。
Ω ( v ) = D ( D v ) = D 2 v {\displaystyle \Omega (v)=D(Dv)=D^{2}v\,} v ∈ E に対して(この式を定義するために v を 局所断面に拡張することができる )。したがって、曲率はシーケンスの失敗を測る尺度となる。
Γ ( E ) → D Γ ( E ⊗ Λ 1 T ∗ M ) → D Γ ( E ⊗ Λ 2 T ∗ M ) → D … → D Γ ( E ⊗ Λ n T ∗ ( M ) ) {\displaystyle \Gamma (E)\ {\stackrel {D}{\to }}\ \Gamma (E\otimes \Lambda ^{1}T^{*}M)\ {\stackrel {D}{\to }}\ \Gamma (E\otimes \Lambda ^{2}T^{*}M)\ {\stackrel {D}{\to }}\ \dots \ {\stackrel {D}{\to }}\ \Gamma (E\otimes \Lambda ^{n}T^{*}(M))} 鎖複体( ド・ラームコホモロジー の意味で) となる 。
はんだ付けとねじり E の ファイバー次元 kが多様体 M の次元と等しいと仮定する 。この場合、ベクトル束 Eは、その接続に加えて、 はんだ形式 と呼ばれる追加のデータを持つことがある 。 はんだ形式 とは、大域的に定義された ベクトル値1形式 θ ∈ Ω 1 ( M , E ) であり、写像
θ x : T x M → E x {\displaystyle \theta _{x}:T_{x}M\rightarrow E_{x}} はすべてのx ∈ M に対して線型同型である。はんだ形式が与えられれば、接続の ねじれ (外部接続に関して)を次のように 定義することができる。
Θ = D θ . {\displaystyle \Theta =D\theta .\,} ねじれ Θ は M上の E 値 2 形式です 。
はんだ形式とそれに伴うねじれは、 E の局所座標系 e によって記述できる 。θ がはんだ形式である場合、それは座標系成分に分解される。
θ = ∑ i θ i ( e ) e i . {\displaystyle \theta =\sum _{i}\theta ^{i}(\mathbf {e} )e_{i}.} ねじれの成分は
Θ i ( e ) = d θ i ( e ) + ∑ j ω j i ( e ) ∧ θ j ( e ) . {\displaystyle \Theta ^{i}(\mathbf {e} )=d\theta ^{i}(\mathbf {e} )+\sum _{j}\omega _{j}^{i}(\mathbf {e} )\wedge \theta ^{j}(\mathbf {e} ).} 曲率と同様に、Θはフレームの変化に対して 反変テンソル として振る舞うことが示されます。
Θ i ( e g ) = ∑ j g j i Θ j ( e ) . {\displaystyle \Theta ^{i}(\mathbf {e} \,g)=\sum _{j}g_{j}^{i}\Theta ^{j}(\mathbf {e} ).} フレームに依存しないねじれは、フレームのコンポーネントから回復することもできます。
Θ = ∑ i e i Θ i ( e ) . {\displaystyle \Theta =\sum _{i}e_{i}\Theta ^{i}(\mathbf {e} ).}
ビアンキのアイデンティティ ビアンキ 恒等式は 、ねじれと曲率を関連付ける。最初のビアンキ恒等式は、
D Θ = Ω ∧ θ {\displaystyle D\Theta =\Omega \wedge \theta } 一方、ビアンキの2番目の恒等式は、
D Ω = 0. {\displaystyle \,D\Omega =0.}
例: レヴィ-チヴィタ接続 例として、 Mが リーマン 計量 を持つと仮定する。M 上に ベクトル束 E がある場合 、計量はベクトル束全体に拡張でき、 束計量 となる。このとき、この束計量と両立する接続を定義できる。これが 計量接続である。E が 接束 TM である 特殊な場合 、計量接続は リーマン接続と呼ばれる。リーマン接続が与えられれば、常に唯一かつ等価で ねじれ のない接続が見つかる 。これは M の 接束 TM上の レヴィ・チヴィタ接続 である。 [2] [3]
接束上の局所フレームは、ベクトル場 e = ( e i | i = 1, 2, ..., n ) (ただし n = dim M )の順序付きリストであり、その定義域のあらゆる点で線型独立であるM の開集合上に定義される 。 クリストッフェル記号は、 レヴィ・チヴィタ接続を次のように定義する。
∇ e i e j = ∑ k = 1 n Γ i j k ( e ) e k . {\displaystyle \nabla _{e_{i}}e_{j}=\sum _{k=1}^{n}\Gamma _{ij}^{k}(\mathbf {e} )e_{k}.} θ = { θ i | i = 1, 2, ..., n } が 余接束 の 双対基底を表し、 θ i ( e j ) = δ i j ( クロネッカーのデルタ )となる とき 、接続形式は
ω i j ( e ) = ∑ k Γ j k i ( e ) θ k . {\displaystyle \omega _{i}^{j}(\mathbf {e} )=\sum _{k}\Gamma ^{j}{}_{ki}(\mathbf {e} )\theta ^{k}.} 接続形式を用いると、ベクトル場 v = Σ i e i v i 上の外部接続は次のように与えられる。
D v = ∑ k e k ⊗ ( d v k ) + ∑ j , k e k ⊗ ω j k ( e ) v j . {\displaystyle Dv=\sum _{k}e_{k}\otimes (dv^{k})+\sum _{j,k}e_{k}\otimes \omega _{j}^{k}(\mathbf {e} )v^{j}.} 通常の意味でのレヴィ-チヴィタ接続は、 e i を縮約することで復元できます。
∇ e i v = ⟨ D v , e i ⟩ = ∑ k e k ( ∇ e i v k + ∑ j Γ i j k ( e ) v j ) {\displaystyle \nabla _{e_{i}}v=\langle Dv,e_{i}\rangle =\sum _{k}e_{k}\left(\nabla _{e_{i}}v^{k}+\sum _{j}\Gamma _{ij}^{k}(\mathbf {e} )v^{j}\right)}
曲率 レヴィ・チヴィタ接続の曲率2形式は、次式で与えられる行列(Ω i j )
である。
Ω i j ( e ) = d ω i j ( e ) + ∑ k ω k j ( e ) ∧ ω i k ( e ) . {\displaystyle \Omega _{i}{}^{j}(\mathbf {e} )=d\omega _{i}{}^{j}(\mathbf {e} )+\sum _{k}\omega _{k}{}^{j}(\mathbf {e} )\wedge \omega _{i}{}^{k}(\mathbf {e} ).} 簡単のため、フレーム e が ホロノミック で、 dθ i = 0 であると仮定する。 [4] 次に、 繰り返しインデックスの 総和規約を適用すると、
Ω i j = d ( Γ j q i θ q ) + ( Γ j p k θ p ) ∧ ( Γ k q i θ q ) = θ p ∧ θ q ( ∂ p Γ j q i + Γ j p k Γ k q i ) ) = 1 2 θ p ∧ θ q R p q i j {\displaystyle {\begin{array}{ll}\Omega _{i}{}^{j}&=d(\Gamma ^{j}{}_{qi}\theta ^{q})+(\Gamma ^{j}{}_{pk}\theta ^{p})\wedge (\Gamma ^{k}{}_{qi}\theta ^{q})\\&\\&=\theta ^{p}\wedge \theta ^{q}\left(\partial _{p}\Gamma ^{j}{}_{qi}+\Gamma ^{j}{}_{pk}\Gamma ^{k}{}_{qi})\right)\\&\\&={\tfrac {1}{2}}\theta ^{p}\wedge \theta ^{q}R_{pqi}{}^{j}\end{array}}} ここで、 Rは リーマン曲率テンソル です 。
ねじり レヴィ=チヴィタ接続は、 捩れ度がゼロの接束における唯一の 計量接続として特徴付けられる。捩れ度を記述するために、ベクトル束 E が接束であることに注意されたい。これは、接空間の恒等自己準同型に対応する Hom(T M , T M ) = T ∗ M ⊗ T M の 切断 θである標準的なはんだ形式(特に 古典力学 の文脈では、 標準的な一形式 と呼ばれることもある)を持つ。フレーム e において、はんだ形式は θ = Σ i e i ⊗ θ i であり、ここでも θ i は双対基底である。
接続部のねじれは Θ = Dθ で表され、はんだ付けフォームのフレーム成分では次のように表される。
Θ i ( e ) = d θ i + ∑ j ω j i ( e ) ∧ θ j . {\displaystyle \Theta ^{i}(\mathbf {e} )=d\theta ^{i}+\sum _{j}\omega _{j}^{i}(\mathbf {e} )\wedge \theta ^{j}.} 再び簡単化のために e がホロノミックであると仮定すると、この式は次のように簡約される。
Θ i = Γ i k j θ k ∧ θ j {\displaystyle \Theta ^{i}=\Gamma ^{i}{}_{kj}\theta ^{k}\wedge \theta ^{j}} 、 これは、Γ i kj がその下位のインデックスに対して対称である 場合にのみ消えます。
ねじれを伴う計量接続が与えられた場合、常にねじれのない唯一の接続が見つかります。これがレヴィ・チヴィタ接続です。リーマン接続とそれに伴うレヴィ・チヴィタ接続の違いは、 ねじれテンソル です。
構造グループ ベクトル束Eが 構造群 を持つ 場合、より具体的な接続形式を構築できます。これは、 リー群 G によって関連付けられる E 上の架構 e の好ましいクラスに相当します 。例えば、 E に 計量が存在する場合、各点で 直交基底 を形成する架構を扱うことができます 。この群は架構の直交性を保存するため、構造群は 直交群 となります。その他の例としては、以下が挙げられます。
前のセクションで検討した通常のフレームは構造群GL( k )を持ちます 。ここで kは E のファイバー次元です。 複素多様体 (または 概複素多様体 )の正則接束 。 [5] ここで構造群はGL n ( C ) ⊂ GL 2n ( R ) である。 [6] エルミート計量 が与えられた 場合、構造群はユニタリフレームに作用する ユニタリ群 に簡約される 。 [5] スピン構造 を備えた多様体上の スピノル 。フレームはスピン空間上の不変内積に関してユニタリであり、群は スピン群 に縮約される。 CR多様体 上 の正則接束 [7] 一般に、 Eを ファイバー次元 k のベクトル束とし、 G⊂GL ( k ) を Rk の 一般線型群のリー部分群とする 。( eα ) が E の局所フレームならば 、行列値関数( gij ): M → Gが eα に 作用して 新しいフレームを生成する 。
e α ′ = ∑ β e β g α β . {\displaystyle e_{\alpha }'=\sum _{\beta }e_{\beta }g_{\alpha }^{\beta }.} そのような2つのフレームは G と関連して いる。非公式には、 フレームの優先クラスが指定され、それらすべてが 互いに 局所的に Gと関連している場合、ベクトル束 E は G 束の構造を持つ。公式には、 E は構造群 Gを持つ ファイバー束 であり、 その典型ファイバーは R kであり、 G の自然な作用はGL( k )の部分群となる 。
互換性のある接続 接続は、 E 上の G 束の構造と 両立する 。ただし、関連する 平行移動 写像が常に 1 つのG フレームを別の G フレームへ転送することを条件とする。形式的には、曲線 γ に沿って、局所的に(つまり、 t が十分に小さい値に対して)次が成立する必要がある。
Γ ( γ ) 0 t e α ( γ ( 0 ) ) = ∑ β e β ( γ ( t ) ) g α β ( t ) {\displaystyle \Gamma (\gamma )_{0}^{t}e_{\alpha }(\gamma (0))=\sum _{\beta }e_{\beta }(\gamma (t))g_{\alpha }^{\beta }(t)} 何らかの行列 g α β (これも t に依存する)に対して、 t =0 での微分は
∇ γ ˙ ( 0 ) e α = ∑ β e β ω α β ( γ ˙ ( 0 ) ) {\displaystyle \nabla _{{\dot {\gamma }}(0)}e_{\alpha }=\sum _{\beta }e_{\beta }\omega _{\alpha }^{\beta }({\dot {\gamma }}(0))} ここで係数 ω α β はリー群 Gの リー代数 g にあります 。
この観察から、ω α β は次のように定義される。
D e α = ∑ β e β ⊗ ω α β ( e ) {\displaystyle De_{\alpha }=\sum _{\beta }e_{\beta }\otimes \omega _{\alpha }^{\beta }(\mathbf {e} )} 1形式行列ωαβ ( e )が g 内で値を取る場合 、 構造と互換性 があります 。
さらに、互換性のある接続の曲率形式は、 g 値の 2 形式です。
フレームの変更 フレームの変更により
e α ′ = ∑ β e β g α β {\displaystyle e_{\alpha }'=\sum _{\beta }e_{\beta }g_{\alpha }^{\beta }} ここで gは M の開集合上で定義された G 値関数であり 、接続形式は次のように変換される。
ω α β ( e ⋅ g ) = ( g − 1 ) γ β d g α γ + ( g − 1 ) γ β ω δ γ ( e ) g α δ . {\displaystyle \omega _{\alpha }^{\beta }(\mathbf {e} \cdot g)=(g^{-1})_{\gamma }^{\beta }dg_{\alpha }^{\gamma }+(g^{-1})_{\gamma }^{\beta }\omega _{\delta }^{\gamma }(\mathbf {e} )g_{\alpha }^{\delta }.} または、行列積を使用して次のようにします。
ω ( e ⋅ g ) = g − 1 d g + g − 1 ω g . {\displaystyle \omega ({\mathbf {e} }\cdot g)=g^{-1}dg+g^{-1}\omega g.} これらの用語を解釈するには、 g : M → G が G 値(局所的に定義された)関数であることを思い出してください。これを念頭に置いて、
ω ( e ⋅ g ) = g ∗ ω g + Ad g − 1 ω ( e ) {\displaystyle \omega ({\mathbf {e} }\cdot g)=g^{*}\omega _{\mathfrak {g}}+{\text{Ad}}_{g^{-1}}\omega (\mathbf {e} )} ここで、 ω g は群 Gの モーラー・カルタン形式 であり 、ここでは 関数 gに沿って M に 引き戻され 、 Ad は リー代数上の G の 随伴表現です。
主要なバンドル これまでに紹介した接続形式は、フレームの特定の選択に依存します。最初の定義では、フレームは単なるセクションの局所基底です。各フレームには、あるフレームから別のフレームに移るための変換法則を備えた接続形式が与えられます。2 番目の定義では、フレーム自体がリー群によって提供される追加の構造を持ち、フレームの変更は、その値にそのフレームの値を取るものに制限されます。1940年代に Charles Ehresmann によって開拓された主バンドルの言語は、これらの多くの接続形式と、それらを単一の変換規則を持つ単一の固有の形式に接続する変換法則を整理する方法を提供します。このアプローチの欠点は、形式が多様体自体ではなく、より大きな主バンドル上で定義されることです。
E → M が構造群 G を持つベクトル束である とする 。{ U } を M の開被覆 とし、 各 U上の G -フレームを e U で表す 。これらは重なり合う開集合の交差において次のように関係する。
e V = e U ⋅ h U V {\displaystyle {\mathbf {e} }_{V}={\mathbf {e} }_{U}\cdot h_{UV}} U ∩ V 上で定義された G 値関数 h UV に対して 。
F G Eを M の各点に渡る G フレーム全体の集合とする。これは M 上の主 G バンドルである。詳細には、 G フレームがすべて G に関連しているという事実を用いて 、 F G E は 開被覆の集合間のデータの接着によって実現できる。
F G E = ∐ U U × G / ∼ {\displaystyle F_{G}E=\left.\coprod _{U}U\times G\right/\sim } ここで 同値関係 は次のように定義される。 ∼ {\displaystyle \sim }
( ( x , g U ) ∈ U × G ) ∼ ( ( x , g V ) ∈ V × G ) ⟺ e V = e U ⋅ h U V and g U = h U V − 1 ( x ) g V . {\displaystyle ((x,g_{U})\in U\times G)\sim ((x,g_{V})\in V\times G)\iff {\mathbf {e} }_{V}={\mathbf {e} }_{U}\cdot h_{UV}{\text{ and }}g_{U}=h_{UV}^{-1}(x)g_{V}.} F G E 上で、各積 U × Gに g 値 1 形式を指定し 、重なり合う領域における同値関係を遵守すること
で、 主 G 接続を 次のように定義する。まず、
π 1 : U × G → U , π 2 : U × G → G {\displaystyle \pi _{1}:U\times G\to U,\quad \pi _{2}:U\times G\to G} を投影マップとする。ここで、点 ( x , g ) ∈ U × G に対して、
ω ( x , g ) = A d g − 1 π 1 ∗ ω ( e U ) + π 2 ∗ ω g . {\displaystyle \omega _{(x,g)}=Ad_{g^{-1}}\pi _{1}^{*}\omega (\mathbf {e} _{U})+\pi _{2}^{*}\omega _{\mathbf {g} }.} このようにして構築された1-形式 ω は、重なり合う集合間の遷移を尊重するため、主バンドル F G E上の大域的に定義された1-形式を与える。ω は、 F G E上の右 G 作用 の生成元を再現し、T(F G E )上の右作用と G の随伴表現を同変的に絡み合わせるという意味で主接続であることが示される 。
逆に、主 G 束 P → M における主 G接続 ω は、 M 上の接続形式の集合を生じる 。e : M → Pが P の局所切断である とする。すると、 ω の e に沿った引き戻しは、 M上の g 値 1 形式 を定義する 。
ω ( e ) = e ∗ ω . {\displaystyle \omega ({\mathbf {e} })={\mathbf {e} }^{*}\omega .} G 値関数 g でフレームを変更すると、ω( e )がライプニッツの規則と付加物を使用して必要な方法で変換されること がわかります。
⟨ X , ( e ⋅ g ) ∗ ω ⟩ = ⟨ [ d ( e ⋅ g ) ] ( X ) , ω ⟩ {\displaystyle \langle X,({\mathbf {e} }\cdot g)^{*}\omega \rangle =\langle [d(\mathbf {e} \cdot g)](X),\omega \rangle } ここで、 Xは M 上のベクトルであり 、 d は プッシュフォワード を表します 。
参照
注記 ^ グリフィス&ハリス(1978)、ウェルズ(1980)、スピヴァック(1999a) ^ この観点からのレヴィ=チヴィタ関係の詳細な説明については、Jost (2011) の第 4 章を参照してください。 ^ この観点からのレヴィ=チヴィタ関係の完全な説明については、Spivak (1999a) II.7を参照。 ^非ホロノミックフレームでは、導関数 dθ i を考慮しなければならない ため、曲率の表現はさらに複雑になります。 ^ ab ウェルズ (1973)。 ^ 例えば、小林・野水著、第2巻を参照。 ^ ChernとMoserを参照。
参考文献