接続(主バンドル)

数学、特に微分幾何学ゲージ理論において接続とは、束上の平行移動の概念を定義する手段であり、近傍点上のファイバーを「接続」または同一視する方法である。滑らかな多様体の主G束上のG接続は、群の作用と両立する特別な種類の接続である

主接続は、エーレスマン接続の概念の特殊なケースと見なすことができ主エーレスマン接続と呼ばれることもあります。これは、随伴バンドル構成を介して随伴する任意のファイバーバンドル上に(エーレスマン)接続を生み出します。特に、随伴ベクトルバンドル上では、主接続は共変微分を誘導します。これは、そのバンドルのセクションを基本多様体における接線方向に沿って微分できる演算子です。主接続は、滑らかな多様体フレームバンドル上の線型接続の概念を任意の主バンドルに一般化します

正式な定義

主束接続形式は、主束の接束への射影作用素として考えることができる。接続形式の核は、付随するエーレスマン接続の水平部分空間によって与えられる。
接続は、主バンドルへのすべての接空間の水平部分空間の選択によって同様に指定されます
主バンドル接続は、の右群作用と両立する必要がある。これは、水平部分空間を互いに取り込む右乗法として視覚化できる。接続形式によって解釈される水平部分空間のこの同変性は、その特徴的な同変性特性につながる。

を滑らかな多様体上の滑らかなGとする。すると、上の-接続は 上の微分1形式となり、そのリー代数に -同変な値を持ち基本ベクトル場リー代数生成子を再現する

言い換えれば、ωの元であり

  1. ここで はによる右乗法を表し、 は上の随伴表現です(明示的に)。
  2. およびが、P上のG作用を微分することによってξに関連付けられたP上のベクトル場である場合( 上でも同様)。

接続という用語はペアを指すこともありそれ自体は主接続の接続形式または接続 1 形式と呼ばれることもあります。

計算上の注意

主 -接続の既知の非自明な計算のほとんどは、(余)接バンドルの自明性のため、同次空間で行われます。(例えば、を 上の主 -バンドルとします。)これは、全空間上の実数値 1-形式が (双対リー代数)と標準同型であることを意味します。したがって、 -接続は と一対一です

エアレスマン接続との関係

への接続は、以下のようにしてへのエーレスマン接続を決定します。まず、への作用を生成する基本ベクトル場は、 のバンドルからへのバンドル同型( の恒等写像を覆う)を提供します。ここで、は の垂直バンドルと呼ばれる接写像の核です。したがって、は 上の恒等写像であるバンドル写像を一意に決定します。このような射影は、となる の滑らかな部分バンドル水平バンドルと呼ばれる)であるその核によって一意に決定されます。これがエーレスマン接続です。

逆に、 上のエーレスマン接続(または)は、の意味で -同変である場合に限り、-接続を定義します

軽視セクションによる撤退

主バンドルの自明化切断は、開部分集合上の の切断sによって与えられます。すると、主接続の引き戻しs * ω は、に値を持つ の1-形式になります。切断sが、( sg )( x ) = s ( x ) g ( x )で定義される新しい切断sgに置き換えられると(ただし、 g : MGは滑らかな写像)、 となります。主接続はこの - 値 1-形式の族によって一意に決定され、これらの 1-形式は、特に古い文献や物理学に特化した文献では、接続形式または接続 1-形式とも呼ばれます。

主接続の束

群は接束に右並進作用をする。商空間TP / Gも多様体であり、TM上のファイバー束の構造を継承する。このファイバー束は : TP / GTMと表記される。ρ: TP / GMをMへの射影とする。射影 ρ の下の束TP / Gのファイバーは加法構造を持つ。

TP / G束は主接続の束と呼ばれる(Kobayashi 1957)。dπ: TP / GTMの切断Γであって、 Γ : TMTP / GがM上のベクトル束の線型射となるものは、 Pの主接続と同一視できる。逆に、上で定義した主接続は、 TP / Gのそのような切断 Γ を生み出す

最後に、Γをこの意味での主接続とする。q : TPTP / Gを商写像とする。接続の水平分布は束である

水平バンドルへのリンク、つまりエーレスマン接続が再び表示されます。

アフィン性

ωω ′ が主バンドルP上の主接続であるとすると、差ω ′ − ωはP上の -値1-形式であり、 G同変であるだけでなくPの垂直バンドルVの任意の切断で消えるという意味で水平である。したがって、これは基本的であり、したがって随伴バンドルに値を持つM上の1-形式によって決定される。

逆に、そのような 1 形式はいずれも (引き戻しを介して) P上のG同変水平 1 形式を定義し、主G接続の空間はこの 1 形式の空間のアフィン空間です。

マウラー・カルタン接続

となる自明な主-バンドルに対して、標準接続が存在する[1] pg 49

マウラー・カルタン接続と呼ばれる。これは、ある点において次のように定義される。

のために

これは作曲である

1-形式を定義する。

はリー群上のマウラー・カルタン形式であり、 である

些細なバンドル

自明な主-バンドルに対して、によって与えられる恒等セクションは1-1対応を定義する。

上の接続と上の-値1-形式との間の関係は[1] pg 53で説明されている。上の-値1-形式に対して、上の唯一の1-形式が存在し、

  1. 垂直ベクトルの場合
  2. いかなる

そして、この1形式が与えられたとき、和をとることによって接続を構築することができる。

は に実際の接続を与える。この唯一の1-形式は、まず を に限定して考えることで構築できるすると、は によって決定される。なぜなら、をとることでが得られるからである。

同様に、フォーム

上記の特性 1 と 2 を与える 1 形式を定義します。

これを非自明なバンドルに拡張する

この主張は、自明でない束に対して、自明化と遷移関数を持つ開被覆を考えることでさらに洗練させることができる[1] pg 55。すると、 上の接続と1-形式の集合の間には1-1対応が存在する。

満たす

上のMaurer -Cartan 形式交点を行列形式で表します

つながりの空間のグローバルな再定式化

束に対して、接続の集合はベクトル空間のアフィン空間である[1] pg 57。ここで、は付随ベクトル束である。これは、任意の2つの接続に対して

接続のセットを と表記します。コンテキストが明らかな場合は単に と表記します。

複素ホップ束上の接続

我々は[1] pg94をバンドルとして構築することができる。ここでは射影写像である。

のリー代数は複素平面であることに注意する。1-形式は次のように定義される。

は接続を形成し、これは定義を検証することで確認できる。任意の固定値に対して

そして なので、 -不変性が成り立つ。これは、リー代数がアーベル的であるので随伴作用が自明だからである。分割を構成するために、任意の に対して、短完全列が成り立つことに注意されたい。

ここで、は次のように定義される。

したがって、これはファイバー内でスケーリングとして作用する(対応する-作用に制限される

ここで、2番目の等式は垂直接線ベクトルとを考慮しているためである。表記法は少々混乱するが、各項を展開すると

より明確になります(ここで)。

誘導共変微分と外微分

Gの任意の線型表現 Wに対して、 M上に関連付けられたベクトル束が存在し、主接続はそのようなベクトル束上で共変微分を誘導します。この共変微分は、 Mの の切断の空間がP上のG -同変W -値関数の空間に同型であるという事実を使って定義できます。より一般的には、に値を持つk -形式の空間は、P上のG -同変で水平なW -値k -形式 の空間と同一視されますαがそのようなk -形式である場合、その外微分d αは、G -同変であっても、水平ではなくなります。ただし、組み合わせ d α + ω Λ αは水平になります。これにより、 M上の -値k -形式からM上の -値( k +1)-形式への外共変微分d ωが定義されます。特に、k =0 のとき、 上で共変微分が得られます

曲率形式

G接続ωの曲率形式は、次式で定義される値2形式Ωである。

これはG同変かつ水平であるため、の値を持つM上の 2 形式に対応する。この曲率とこの量との同一視は、(カルタンの)第二構造方程式と呼ばれることもある。[2]歴史的に、構造方程式の出現はカルタン接続の発展に見られる。リー群の文脈に転置されると、構造方程式はマウラー・カルタン方程式として知られる。これらは同じ方程式だが、設定と表記が異なる。

平坦接続と平坦接続を持つバンドルの特徴

接続が平坦であるとは、その曲率が の形をとるときである。平坦接続を持つ主バンドルには便利な特徴付けがある。つまり、主バンドルが平坦接続を持つとは、すべての遷移関数が自明化を持つ被覆が存在するときのみである[1]。

は定数です。これは、滑らかな多様体上の平坦な主 -バンドルを構築するためのレシピを与えるため、有用です。具体的には、開被覆を取り、定数遷移関数を持つ自明化を定義します。

フレームバンドルとねじれの接続

主バンドルPがフレームバンドルである場合、または(より一般的には)はんだ形式を持つ場合、接続はアフィン接続の例であり、曲率は唯一の不変量ではない。なぜなら、 P上の同変R n値 1-形式であるはんだ形式θの追加構造を考慮に入れなければならないからである。特に、P上のねじれ形式は、次式で定義されるR n値 2-形式 Θ である。

Θ はG -同変かつ水平なので、 M上の接線値2次元形式(捩れと呼ばれる)に降下する。この方程式は、(カルタンの)第一構造方程式と呼ばれることもある。

代数幾何学における定義

Xがスキーム(あるいはより一般的にはスタック、導出スタック、あるいはプレスタック)である場合、いわゆるde Rham スタック( X dRと表記)を関連付けることができます。これは、 X dR上の主Gバンドルが、 X上の *平坦* 接続を持つGバンドルと同じであるという性質を持ちます

参考文献

  1. ^ abcdef Dupont, Johan (2003年8月). 「ファイバー束とチャーン=ワイル理論」(PDF) . 2022年3月31日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  2. ^ 江口徹; ギルキー, ピーター・B.; ハンソン, アンドリュー・J. (1980). 「重力、ゲージ理論、微分幾何学」.物理学報告. 66 (6): 213– 393. Bibcode :1980PhR....66..213E. doi :10.1016/0370-1573(80)90130-1.
  • 小林昭七 (1957)、「接続理論」、Ann. Mat. Pura Appl.43 : 119–194doi : 10.1007/BF02411907S2CID  120972987
  • 小林昭七、野水克己(1996)、微分幾何学の基礎、第1巻(新版)、Wiley InterscienceISBN 0-471-15733-3
  • Kolář, Ivan; Michor, Peter; Slovák, Jan (1993), Natural operations in different geography (PDF) , Springer-Verlag, archived from the original (PDF) on 2017-03-30 , retrieved 2008-03-25
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Connection_(principal_bundle)&oldid=1303200829"