Кіріспе
Математикалық құрылым
Математикада, М жиынындағы n өлшемді дифференциалдық құрылым (немесе ерекшеленуге болатын құрылым) М-ді n өлшемді дифференциалдық көптікке айналдырады, ол көптікке дифференциалдық есептеу жүргізуге мүмкіндік беретін қосымша құрылыммен жабдықталған топологиялық көптік болып табылады. Егер М бұрыннан топологиялық көптік болса, жаңа топологияның қазіргі топологиямен сәйкес болуы қажет.
In mathematics, an n dimensional differential structure (or differentiable structure) on a set M makes M into an n dimensional differential manifold, which is a topological manifold with some additional structure that allows for differential calculus on the manifold. If M is already a topological manifold, it is required that the new topology be identical to the existing one.
Бар болу және бірегейлік теоремалары
Кез келген k > 0 бүтін саны және кез келген n-өлшемді Ck-көптүрлілік үшін, максималды атлас, Хасслер Уитни теоремасы бойынша, сол негізгі жиынтықта C∞-атласқа ие. Сондай-ақ, n > 0 болғанда, кез келген максималды Ck-атлас, белгілі бір санда ерекше максималды C∞-атластарды қамтитыны көрсетілді, бірақ осы ерекше C∞-атластардың кез келген жұбы үшін, екеуін сәйкестендіретін C∞-диффеоморфизм бар. Осыдан, дифференциалданатын құрылымды қабылдайтын кез келген топологиялық көптік үшін, яғни C∞-құрылымдар Ck-көптүрлілікте, тегіс құрылымдардың (жұптық тегіс диффеоморфизм бойынша) тек бір сыныбы бар екендігі шығады. k = 0 жағдайы өзгеше. Атап айтқанда, C1-құрылымын қабылдамайтын топологиялық көптіктер бар, бұл нәтиже дәлелденді, және кейін Дональдсон теоремасы контекстінде түсіндірілді (Гилберттің бесінші мәселесімен салыстырыңыз). Бағытталған көптіктердегі тегіс құрылымдар әдетте бағдарды сақтайтын тегіс гомеоморфизмдер бойынша есептеледі. Одан кейін, бағдарды кері бұратын диффеоморфизмдердің бар-жоқтығы туралы сұрақ туындайды. 4-тен кішкентай өлшемді кез келген топологиялық көптік үшін "негізінен бірегей" тегіс құрылым бар. 4-тен үлкен өлшемді компактты көптіктер үшін, "тегіс типтердің" шекті саны бар, яғни жұптық тегіс диффеоморфты тегіс құрылымдардың эквиваленттілік сыныптары. Rn, n ≠ 4 жағдайында, осы типтердің саны біреу, ал n = 4 болғанда, мұндай типтердің саны санаусыз көп. Оларға экзотикалық R4 деп аталады.
Топологиялық көптүрліліктегі дифференциалдық құрылымдар
Жоғарыда айтылғандай, 4-тен кіші өлшемдерде әрбір топологиялық көптік үшін тек бір ғана дифференциалдық құрылым бар. Бұл 1 және 2 өлшемдер үшін Тибор Радо, ал 3 өлшемде Эдвин Э. Моиз дәлелдеген. Обструкция теориясын қолдану арқылы Робион Кирби мен Лоран Сибенманн 4-тен үлкен өлшемді компактты топологиялық көптүрліліктер үшін PL құрылымдарының саны шекті екенін көрсетті. Джон Милнор, Мишель Керваир және Моррис Хирш компактты PL көптүрлілігіндегі тегіс құрылымдардың саны шекті екенін және бірдей өлшемдегі сферадағы дифференциалдық құрылымдардың санымен сәйкес екенін дәлелдеді (Ассельмайер Малуга, Бранс кітабының 7-тарауына қараңыз). Осы нәтижелерді біріктіре келе, 4-ке тең емес өлшемді компактты топологиялық көптүрліліктегі тегіс құрылымдардың саны шекті. 4-інші өлшем одан да күрделі. Компактты көптүрліліктер үшін нәтижелер, екінші Бетти саны b2 арқылы өлшенген көптүрліліктің күрделілігіне байланысты. Жақсы байланысқан 4-көптіктерде b2 > 18 үлкен Бетти сандары үшін, түйін немесе сілтеме бойымен хирургия жасау арқылы жаңа дифференциалдық құрылым жасауға болады. Осы процедураның көмегімен санаусыз көп дифференциалдық құрылымдар жасауға болады. Бірақ тіпті осындай қарапайым кеңістіктер үшін де басқа дифференциалдық құрылымдардың құрылымын білмейміз. 4-кеңістіктегі тығыз емес көптүрліліктер үшін санаусыз көп дифференциалдық құрылымдары бар мысалдар көп.