Кіріспе
Математикалық кеңістік
Математикада 4-көптеуіш – 4 өлшемді топологиялық көптеуіш. Тегіс 4-көптеуіш – тегіс құрылымы бар 4-көптеуіш. Төртінші өлшемде, төменгі өлшемдерден айырмашылығы, топологиялық және тегіс көптеуіштер мүлдем өзгеше. Тегіс құрылымға ие болмайтын кейбір топологиялық 4-көптеуіштер бар, тіпті егер тегіс құрылым болса да, ол бірегей болуы міндетті емес (яғни, гомеоморфты, бірақ дифеоморфты емес тегіс 4-көптеуіштер бар). 4-көптеуіштер физикада маңызды, себебі жалпы салыстырмалылық теориясында кеңістік-уақыт псевдо-Риманнның 4-көптеуіші ретінде модельденеді.
In mathematics, a 4 manifold is a 4 dimensional topological manifold. A smooth 4 manifold is a 4 manifold with a smooth structure. In dimension four, in marked contrast with lower dimensions, topological and smooth manifolds are quite different. There exist some topological 4 manifolds which admit no smooth structure, and even if there exists a smooth structure, it need not be unique (i. e. there are smooth 4 manifolds which are homeomorphic but not diffeomorphic). 4 manifolds are important in physics because in General Relativity, spacetime is modeled as a pseudo Riemannian 4 manifold.
4 өлшемдегі ерекше құбылыстар
Көптүрліліктер туралы бірнеше негізгі теоремалар бар, оларды ең көп дегенде 3 өлшемде төмен өлшемді әдістермен, ал кем дегенде 5 өлшемде мүлдем басқа жоғары өлшемді әдістермен дәлелдеуге болады, бірақ олар 4-өлшемде жалған. Міне, бірнеше мысал: 4-тен басқа өлшемдерде Кирби-Зибенманн инварианты PL-құрылымның болуына кедергі келтіреді; яғни, компактты топологиялық көптүрлілік PL-құрылымға ие, егер және тек қана оның Кирби-Зибенманн инварианты H4(M, Z/2Z)-де жоғалса. 3-өлшемде және одан төмен, кез келген топологиялық көптүрлілік негізінен бірегей PL-құрылымға ие. 4-өлшемде Кирби-Зибенманн инварианты жоғалған, бірақ PL-құрылымы жоқ көптеген мысалдар бар. 4-тен басқа кез келген өлшемде, компактты топологиялық көптүрлілік тек шекті сандағы нақты ерекше PL немесе тегіс құрылымдарға ие. 4-өлшемде, компактты көптүрліліктер диффеоморфты емес тегіс құрылымдардың санаулы емес санына ие болуы мүмкін. Төрт – Rn экзотикалық тегіс құрылымына ие болатын жалғыз n өлшем. R4 экзотикалық тегіс құрылымдардың санаулы емес санына ие; экзотикалық R4-ке қараңыз. Тегіс Пуанкаре болжамының шешімі 4-өлшемнен басқа барлық өлшемдерде белгілі (әдетте ол кем дегенде 7-өлшемде жалған; экзотикалық сфераны қараңыз). PL-көптүрліліктері үшін Пуанкаре болжамы 4-тен басқа барлық өлшемдерде дәлелденген, бірақ оның 4-өлшемде дұрыс екендігі белгісіз (ол 4-өлшемдегі тегіс Пуанкаре болжамымен эквивалентті). h-кобордизм теоремасы кобордизмдер үшін жарамды, егер кобордизмнің де, оның шекарасының да өлшемдері 4-ке тең болмаса. Кобордизмнің шекарасының өлшемдері 4-ке тең болса, ол сәтсіз болуы мүмкін (Дональдсон көрсеткендей). Егер кобордизмнің өлшемдері 4-ке тең болса, онда h-кобордизм теоремасының дұрыс екендігі белгісіз. 4-ке тең емес өлшемді топологиялық көптүрлілік тұтқалы денеге жіктеледі. 4-өлшемді көптүрліліктер тұтқалы денеге жіктеледі, егер және тек қана олар тегістелсе. 4-өлшемді компактты топологиялық көптүрліліктер бар, олар кез келген симплициалдық кешенге гомеоморфты емес. Кем дегенде 5-өлшемде симплициалдық кешенге гомеоморфты емес топологиялық көптүрліліктердің болуы ашық мәселе болды. Циприан Манолеску 5-тен үлкен немесе оған тең әрбір өлшемде симплициалдық кешенге гомеоморфты емес көптүрліліктер бар екенін көрсетті.
In dimensions other than 4, the Kirby–Siebenmann invariant provides the obstruction to the existence of a PL structure; in other words a compact topological manifold has a PL structure if and only if its Kirby–Siebenmann invariant in H4(M,Z/2Z) vanishes. In dimension 3 and lower, every topological manifold admits an essentially unique PL structure. In dimension 4 there are many examples with vanishing Kirby–Siebenmann invariant but no PL structure. In any dimension other than 4, a compact topological manifold has only a finite number of essentially distinct PL or smooth structures. In dimension 4, compact manifolds can have a countably infinite number of non diffeomorphic smooth structures. Four is the only dimension n for which Rn can have an exotic smooth structure. R4 has an uncountable number of exotic smooth structures; see exotic R4. The solution to the smooth Poincaré conjecture is known in all dimensions other than 4 (it is usually false in dimensions at least 7; see exotic sphere). The Poincaré conjecture for PL manifolds has been proved for all dimensions other than 4, but it is not known whether it is true in 4 dimensions (it is equivalent to the smooth Poincaré conjecture in 4 dimensions). The smooth h cobordism theorem holds for cobordisms provided that neither the cobordism nor its boundary has dimension 4. It can fail if the boundary of the cobordism has dimension 4 (as shown by Donaldson). If the cobordism has dimension 4, then it is unknown whether the h cobordism theorem holds. A topological manifold of dimension not equal to 4 has a handlebody decomposition. Manifolds of dimension 4 have a handlebody decomposition if and only if they are smoothable. There are compact 4 dimensional topological manifolds that are not homeomorphic to any simplicial complex. In dimension at least 5 the existence of topological manifolds not homeomorphic to a simplicial complex was an open problem. Ciprian Manolescu showed that there are manifolds in each dimension greater than or equal to 5, that are not homeomorphic to a simplicial complex.
4-өлшемдегі Уитни трюгінің сәтсіздігі
Фрэнк Квинннің айтуынша, "2n өлшемді кеңістіктің екі n өлшемді ішкі кеңістіктері әдетте оқшауланған нүктелерде өз-өзімен және бір-бірімен қиылысады. "Уитни әдісі" осы қиылыстарды жеңілдету үшін енгізілген 2 дискідегі изотопияны қолданады. Шамамен айтқанда, бұл n өлшемді ендірулерді зерттеуді 2 дискіні ендіруге дейін азайтады. Бірақ бұл 4-өлшемде жарамсыз: екі дискінің өзі орташа өлшемді болғандықтан, оларды ендіруге тырысу олар шешуге тиіс проблемалардың өзін тудырады. Осы құбылыс 4-өлшемді басқа өлшемдерден ерекшелендіреді."