预备知识—陈氏类

书名:大宇之形(第一推动丛书·宇宙系列)
作者:丘成桐 史蒂夫·纳迪斯
译者:翁秉仁,赵学信
出版社:湖南科学技术出版社
出版时间:2018-09-01
ISBN:9787535794482


  • 陈氏类和黎奇曲率,是彼此相关的,它们是源自于几何学家尝试将黎曼面从复一维推广到多维,并从数学上刻画这些推广结果之间差别的努力。

一、边界

  • 在拓扑中的定义很直观:圆盘是有边界的,亦即有明确界定的边缘,而球面则没有。
    在球面上,不管你朝哪个方向走,而且不管走多远,都不会碰到或接近任何边缘。

二、高斯—博内定理

  • 适用于紧致黎曼曲面,以及其他任何无边界的紧致曲面。
    这个定理是在19世纪时由高斯和法国数学家博内(Pierre Bonnet)所提出的,它建立了曲面的几何性质及其拓扑性质之间的关系。
    高斯—博内公式是说,上述曲面的总高斯曲率(或高斯曲率的积分)等于2π乘以该曲面的“欧拉示性数”(Euler characteristic)。
    而欧拉示性数χ(希腊字母chi)则又等于2-2g,其中g是曲面的亏格(也就是曲面的“洞”数或“把手”数)。

  • 举例来说,二维球面没有洞,所以它的欧拉示性数是2。
    在此之前,欧拉提出了另一条求任何多面体欧拉示性数的公式:χ=V-E+F,其中V是顶点数,E是边数,F是面数。
    以四面体为例,χ=4-6+4=2,与球面的χ值相同。一个立方体有8个顶点、12个边和6个面,所以χ=8-12+6=2,再次和球面相同。
    因为欧拉示性数只和物体的拓扑,而非几何形状有关,那么这些几何相异,但拓扑相同的物体有着相同的χ值当然很合理。
    欧拉示性数χ是空间的第一个主要的“拓扑不变量”,也就是在拓扑等价但外观可能极为不同的各个空间上(例如球面、四面体和立方体),都能维持不变的性质

三、陈氏类

  • 陈氏类是陈省身所发展的理论,是一种在数学上刻画不同复流形的概略方法。
    简单来说,如果两个流形的陈氏类不同,它们就不可能相同;反之却不一定成立:两个不同的流形可能具有相同的陈氏类。

  • 复一维的黎曼面只有一个陈氏类,即第一陈氏类,而对于这个情况,正好等于欧拉示性数。
    一个流形的陈氏类数目,视其维数而定,例如复二维的流形具有第一和第二陈氏类。
    至于弦论所关心的复三维(或实六维)流形,则有三个陈氏类。它的第一陈氏类为六维空间中的实二维子空间(子流形)各对应到一整数,其中所谓子空间是原空间的一部分形体,就像纸张(二维)可以摆在办公室(三维)里一样。类似地,第二陈氏类为空间中的实四维子流形各对应一整数。第二陈氏类则为这个复三维(或实六维)的流形本身指定一个数字,也就是欧拉示性数χ。事实上,对于任何复n维的流形,它的最后一个,亦即第n个陈氏类必定对应到流形的欧拉示性数。

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