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위상수학에서 호프 올뭉치(영어: Hopf fibration)는 가 다른 차원의 구 위의 올다발을 이루는 현상이다. 가장 대표적인 경우는 3차원 구가 2차원 구 위에 다발을 이루는 경우며, 유사하게 7차원 구가 4차원 구 위에, 15차원 구가 8차원 구 위에 올다발을 이룬다.

Thumb
호프 올뭉치의 형상화. 왼쪽 위에는 3차원 구 (를 3차원 공간 에 사영한 모습), 오른쪽 아래에는 2차원 구 이다. 다발 구조를 보이기 위하여 2차원 구의 부분집합과 그 각 점에 대응하는 올을 같은 색깔로 표시하였다.
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정의

요약
관점

노름을 가진 나눗셈 대수 와 그 차원 가 주어졌다고 하자. 다시 말해, 실수 · 복소수 · 사원수 · 팔원수 대수 가운데 하나이고 각각의 경우 이다. 그러면 다음과 같이 의 원소 두 개의 순서쌍으로 초구 를 만들고 동치관계 을 정의할 수 있다.

(, )

이 때,

을 얻는다. 즉, 위에 올다발을 이루며, 그 올은 인 것을 알 수 있다. 이를 호프 올뭉치라고 한다. 이에 따라, 다음과 같은 호프 올뭉치들을 얻는다.

(실수)
(복소수)
(사원수)
(팔원수)

일반화

보다 일반적으로, 결합 나눗셈 대수 ()에 대하여, -사영 공간에 대한 주다발

을 정의할 수 있다. 이는 각각 다음과 같다.

  • 실수: . 이는 2차 순환군 에 대한 주다발이다.
  • 복소수: . 이는 원군 에 대한 주다발이다.
  • 사원수: . 이는 SU(2)에 대한 주다발이다.

마찬가지로, 두 나눗셈 대수의 포함 관계 에 대하여, , 일 때, 올다발

을 정의할 수 있다.

  • 실수복소수: . 이는 원군에 대한 주다발이다.
  • 복소수사원수: . 에는 리 군 구조가 존재하지 않으므로, 이는 주다발이 아닌 올다발이다.
    • 특히, 는 콤팩트화 4차원 시공간과 트위스터 공간 사이의 관계이다.
  • 실수사원수: . 이는 에 대한 주다발이다.

반면, 이는 팔원수의 부분 나눗셈 대수에 대해서는 정의할 수 없다.[1]

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역사

1931년 하인츠 호프을 발견하였다.[2] 그는 1935년에 다른 차원일 때의 경우를 발표했다.[3]

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응용

물리학, 특히 양자역학에 등장한다.[4] 자기 홀극전자기 퍼텐셜은 호프 올뭉치를 이룬다.[5]

각주

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