Top-Fragen
Zeitleiste
Chat
Kontext
Seiberg-Witten-Modulraum
Modulraum der Seiberg-Witten-Gleichungen Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Remove ads
Der Seiberg-Witten-Modulraum (kurz SW-Modulraum, auch Monopol-Modulraum) ist im mathematischen Teilgebiet der Differentialgeometrie der Modulraum der Seiberg-Witten-Gleichungen, also der Raum ihrer Lösungen bis auf Eichungen. Benutzt wird dieser für die Definition der Seiberg-Witten-Invarianten, welche beim Studium vierdimensionaler glatter Mannigfaltigkeiten (kurz 4-Mannigfaltigkeiten) verwendet werden. Eine sehr nützliche Eigenschaft des Seiberg-Witten-Modulraumes ist, dass dieser immer kompakt ist, was eine Verbesserung gegenüber dem zuvor benutzen Yang-Mills-Modulraum ist und zur Vereinfachung der Herleitung vieler Resultate aus der Donaldson-Theorie führte. Benannt ist der Seiberg-Witten-Modulraum nach Nathan Seiberg und Edward Witten, die die zugrundeliegenden Seiberg-Witten-Gleichungen im Jahr 1994 eingeführt haben.
Remove ads
Grundlagen
Zusammenfassung
Kontext
Sei eine kompakte orientierbare Riemannsche 4-Mannigfaltigkeit mit Riemannscher Metrik und Spinᶜ-Struktur . Wegen des exeptionellen Isomorphismus:[1]
besteht die Spinᶜ-Struktur aus zwei komplexen Ebenenbündeln , genannt assoziierte Spinorbündel (deren Schnitte (anti)-selbstduale Spinoren genannt werden), mit gleichem Determinantenbündel . Da das Determinantenbündel die erste Chern-Klasse erhält, haben alle Vektorbündel die gleiche erste Chern-Klasse mit .[1] Für eine Fundamentalklasse und ihre Reduktion gilt damit:
daher ist immer gerade.
Sei der Raum der selbstdualen Differentialformen mit und sei der Untervektorraum der zusätzlich harmonischen Differentialformen mit . Sei die selbstduale Betti-Zahl, dann gibt es einen Untervektorraum mit (mithilfe der Hodge-Zerlegung), sodass eine selbstduale Form der selbstduale Anteil der Krümmungsform eines Zusammenhangs , also mit:
ist, genau dann wenn . Sowohl der Untervektorraum als auch dieses Resultat spielen eine zentrale Rolle, da wegen diesen die Seiberg-Witten-Gleichungen mit einer selbstdualen Form gestört werden, bevor deren Modulraum betrachtet wird. Beide sorgen auch für topologischen Obstruktionen da es für kein Komplement gibt oder dieses für nicht zusammenhängend ist.
Sei der analoge Raum der antiselbstdualen Differentialformen mit und der analoge Untervektorraum der zusätzlich harmonischen Differentialformen mit . Sei die antiselbstduale Betti-Zahl, dann können die zweite Betti-Zahl (mit ) und die Signatur ausgedrückt werden durch:
Beide Formeln, welche später benutzt werden um die Dimension des Modulraumes zu berechnen, können auch umgekehrt werden:
Remove ads
Konfigurationsraum
Es ist hilfreich, zunächst den Raum aller möglichen Lösungen zu betrachten. Da der Raum der Zusammenhänge auf dem komplexen Linienbündel ein affiner Vektorraum ist, ist es sinnvoll erst einen solchen Zusammenhang zu wählen und dann jeden anderen als Verschiebung durch eine Form mit wegen darzustellen. Selbstduale Spinoren bilden ebenfalls einen Vektorraum mit dem Nullschnitt als kanonischem Zentrum. Es seien der Konfigurationsraum und der reduzierte Konfigurationsraum definiert als:[2]
Da der reduzierte Konfigurationsraum ein unendlichdimensionaler Vektorraum ohne einen einzigen Punkt und daher homotopieäquivalent zur unendlichdimensionalen Sphäre, ist dieser auch zusammenziehbar.
Obwohl die Definition des reduzierten Konfigurationsraumes vor allem von der Wirkung der Eichgruppe weiter unten motiviert ist, sind die ausgeschlossenen Fälle doch bereits wichtig in den Seiberg-Witten-Gleichungen selbst, welche sich dabei auf die selbstdualen Yang-Mills-Gleichungen reduzieren.
Remove ads
Eichgruppe
Zusammenfassung
Kontext
Glatte Abbildungen wirken auf den Elementen des Konfigurationsraumes durch:[3][2]
Dadurch die die Eichgruppe gegeben durch:[3][2]
Da die erste unitäre Gruppe der Eilenberg-MacLane-Raum ist, welcher singuläre Kohomologie darstellt, ergibt sich mit dem universellen Koeffizientensatz und dem Hurewicz-Theorem:
Für einfach zusammenhängend oder allgemeiner wenn dessen Fundamentalgruppe perfekt ist, ist jede Eichung nullhomotop und hat daher einen globalen Logarithmus, weshalb also für alle glatten Abbildungen there eine glatte Abbildung mit existiert. In diesem Fall vereinfacht sich die Wirkung auf den Konfigurationsraum zu:[2]
Für einen Basispunkt , kann die Eichgruppe mit der basierten Eichgruppe als Produkt ausgedrückt werden mit:
Wie das Produkt zeigt ist die Eichgruppe nicht zusammenziehbar. Aber wie das Argument weiter oben zeigt ist für einfach zusammenhängend die basierte Eichgruppe zusammenziehbar.
Remove ads
Modulraum
Da sowohl die Eichgruppe als auch ihre Untergruppe, die basierte Eichgruppe , auf dem Konfigurationsraum und dessen Unterraum, dem reduzierten Konfigurationsraum , wirken, gibt es Orbiträume:[4][5][6][2]
Wie die Formel der Gruppenwirkung weiter oben zeigt, wirkt die Eichgruppe nicht frei auf dem Konfigurationsraum , da die Punkte mit verschwindendem selbstdualen Spinorfeld invariant unter allen konstanten Eichungen sind. Doch dieser wirkt daher frei auf dem reduzierten Konfigurationsraum und die basierte Eichgruppe wirkt sogar frei auf beiden. hat daher Singularitäten, während die anderen Räume keine haben. Wenn einfach zusammenhängend ist, dann kann darüber hinaus mit einem Untervektorraum des Konfigurationsraumes identifiziert werden durch:[2]
Äquivalent gibt es für jedes eine eindeutige glatte Abbildung mit , was wieder mithilfe der Hodge-Zerlegung mit den konstanten Abbildungen für zusammenhängend gezeigt werden kann.[2]
Obwohl die kanonische Projektion wegen der Singularitäten nicht einmal ein Faserbündel sein muss, ist die kanonische Projektion nach einer geeigneten Sobolev-Vervollständigung ein U(1)-Hauptfaserbündel. Für einfach zusammenhängend ist zusammenziehbar, da es immer ist und es in diesem Fall wie zuvor begründet. Mit der langen exakten Sequenz der Homotopiegruppen des -Hauptfaserbündels folgt, dass ein Eilenberg-MacLane-Raum ist (da ein ist) und da der unendliche komplexe projektiven Raum ebenfalls einer ist, gibt es eine schwache Homotopieäquivalenz .[7] Homotopieklassen solcher Abbildungen werden klassifiziert durch und die schwache Homotopieäquivalenz muss dabei einem Generator entsprechen. Doch das -Hauptfaserbündel entspricht ebenfalls bijektiv der Homotopieklassen einer klassifizierenden Abbildung mit . Diese fällt unter die exakt gleiche Klassifikation, entspricht jedoch nicht unbedingt einem Generator. Es ist genau die erste Chern-Klasse des -Hauptfaserbündels, doch die gestörten Seiberg-Witten-Gleichungen müssen für eine Verwendung für die Seiberg-Witten-Invarianten eingehen. Deren Modulräume sind dann gegeben durch die folgenden Unterräume an Lösungen:[3][7]
Mit der kanonischen Projektion gibt es ebenfalls eine kanonische Projektion . Da die vordere kein Faserbündel ist, scheint es als sei die hintere es ebenso nicht. Doch das ist nicht unbedingt der Fall und genau der Grund, warum die Seiberg-Witten-Gleichungen mit einer Störung betrachtet werden. Dafür ist die selbstduale Betti-Zahl entscheidend:
- Ist , dann zwingt eine Störung die Lösungen der gestörten Seiberg-Witten-Gleichungen die Gleichung zu erfüllen, was wegen nicht möglich ist. Daher vermeiden beide gestörten Modulräume alle Singularitäten und wird ein -Unterhauptfaserbündel von mit erster Chern-Klasse , welche dann zur Definition der Seiberg-Witten-Invariante benutzt wird.
- Ist , dann werden zwei beliebige Störungen durch einen glatten Weg mit und verbunden, welcher einen Bordismus beschreibt. Daher ergeben alle Störungen die gleiche Bordismusklasse.[8] (Ist , dann muss eine Zusammenhangskomponente von gewählt werden, welche auf zwei verschiedene Bordismenklassen führen kann.)
Für die Seiberg-Witten-Invariante, welche eine spezielle Chern-Zahl ist, wird die nötige Anzahl an Cup-Produkten der ersten Chern-Klasse mit sich selbst genommen und mit der Kronecker-Paarung gegen die Fundamentalklasse des Modulraumes ausgewertet. Da die Chern-Klasse geraden Grades ist, muss der Modulraum eine gerade Dimension haben, damit das funktioniert und diese muss zudem für die Anzahl der Cup-Produkte genau bekannt sein. Zuerst kann diese mit dem Index des Dirac-Operators verbunden werden und der Atiyah-Singer-Indexsatz angewendet werden, wodurch sich Formeln mit der Euler-Charakteristik und der Signatur ergeben:
- Sei einfach zusammenhängend. Ist für oder , dann ist eine orientierbare glatte Mannigfaltigkeit mit Dimension:[9][10][11][12][13]
- Whrend der erste Ausdruck offensichtlich eine ganze Zahl ist, ist es schwerer für den zweiten Ausdruck zu sehen. Doch wie in den Grundlagen gezeigt ist immer gerade, weshalb zumindest den Term in Klammern bereits gerade macht.
- Sei einfach zusammenhängend. Ist , dann ist eine kompakte[14] orientierbare glatte Mannigfaltigkeit mit Dimension:[15]
(Einige Literatur nutzt ebenfalls die Konvention da es tatsächlich das Quadrat eines Linienbündels ist, wodurch in den Formeln kein Vorfaktor vor den Chern-Klassen auftaucht.) Für ungerade ist daher gerade und die Seiberg-Witten-Invarianten, welche unabhängig von der Riemannschen Metrik und der Störung sind[16] wie zuvor für hinteres argumentiert, können dann definiert werden als:[17][18][19][20]
Remove ads
Siehe auch
Literatur
- Simon K. Donaldson: The Seiberg-Witten equations and 4-manifold topology. In: Bulletin of the American Mathematical Society (= (N.S.)). 33. Jahrgang, Nr. 1, 1996, S. 45–70, doi:10.1090/S0273-0979-96-00625-8.
- Liviu I. Nicolaescu: Notes on Seiberg-Witten Theory (= Graduate Studies in Mathematics. Band 28). American Mathematical Society, University of Notre Dame 2000, ISBN 978-0-8218-2145-9, doi:10.1090/gsm/028 (englisch, nd.edu [PDF]).
- Tim Perutz: Basics of Seiberg-Witten theory. In: www.imperial.ac.uk. Mai 2002, abgerufen am 19. August 2025 (englisch).
- Peter Kronheimer und Tomasz Mrowka: Monopoles and Three-Manifolds. Cambridge University Press, 2007, ISBN 978-0-521-88022-0.
- John Douglas Moore: Lecture Notes on Seiberg-Witten Invariants (Revised Second Edition). In: web.math.ucsb.edu. Juli 2010, abgerufen am 19. August 2025 (englisch).
Remove ads
Weblinks
Einzelnachweise
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads