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.

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.

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."