Кіріспе

Үш тесікті сфера математикада, шалбар жұбы – үш тесікті сфераға гомеоморфты бет. Бұл атау, алынып тасталған дискілердің біреуін белдеу, ал қалған екеуін шалбардың манжеттері ретінде қарастырудан туындаған. Шалбар жұбы әртүрлі теориялардағы тығыз беттерді құру үшін негізгі элементтер ретінде қолданылады. Гиперболалық геометриядағы екі маңызды қолданысы бар: жабық беттерді шалбар жұптарына жіктеу Тейхмюллер кеңістігінде Фенхель-Нильсен координаттарын құру үшін пайдаланылады, ал топологиялық кванттық өріс теориясында олар 1-өлшемді көптүрліліктер арасындағы ең қарапайым тривиальды емес кобордизмдер болып табылады.

Топологиялық беттер ретінде шымдар

Шалбар – үш тесігі бар сфераға гомеоморфты кез келген бет, формальды түрде сферадан өзара жанаспайтын жабылулары бар үш ашық дискені алып тастау нәтижесі. Осылайша, шалбар – бұл нөлдік родтың үш шекаралық компоненті бар ықшам бет. Шалбардың Эйлер сипаттамасы -1-ге тең, ал осы қасиетке ие жалғыз басқа бет – тесілген тор (тордан ашық дискені алып тастағаннан кейін қалған бет).

Өтегіштің ыдыраулары

Беттерді зерттеуде шалбарлардың маңыздылығы мына қасиеттен туындайды: шекаралық компоненттері бар тұқымның байланысқан тығыз бетінің күрделілігін анықтаңыз, ал байланыспаған бет үшін барлық компоненттерінің қосындысын алыңыз. Сонда теріс Эйлерлік сипаттамасы бар және күрделілігі нөлге тең болатын бірден-бір беттер – шалбар жұптарының бірікпеген жиындары. Сонымен қатар, кез келген бет және сол беттегі шекаралық компонентке гомотоптық емес кез келген қарапайым жабық қисық үшін, осы қисық бойынша кесілген тығыз беттің күрделілігі қатаң түрде кіші болады. Осылайша, шалбар жұптары теріс Эйлерлік сипаттамасы бар барлық беттердің арасындағы жалғыз "тоқтатылмайтын" беттер болып табылады. Рекурсиялық аргумент бойынша, бұл кез келген бет үшін, осы бетті шалбар жұптарына бөлетін қарапайым жабық қисықтардың жүйесі бар екенін білдіреді. Бұл ыдырау бет үшін шалбарларға бөлу деп аталады, ал қисықтар ыдыраудың манжеттері деп аталады. Бұл ыдырау бірегей емес, бірақ аргументті сандық тұрғыдан қарастырғанда, белгілі бір беттің барлық шалбарларға бөлулерінің қисықтар саны бірдей екенін көруге болады, бұл күрделілікке тең. Байланысқан беттер үшін шалбарларға бөлуде дәл шалбар саны болады. Беттегі қарапайым жабық қисықтар жиыны шалбарларға бөлу болып табылады, егер және тек егер олар бір-бірімен қиылыспаса, олардың екеуі де гомотоптық болмаса және ешқайсысы шекаралық компонентке гомотоптық болмаса, сондай-ақ жиын осы қасиеттер бойынша максималды болса.

Гиперболалық шымдардың модульдік кеңістігі

Бір жұп шалбардағы қызықты гиперболалық құрылымдарды жіктеу оңай. Кез келген үшін, бір жұп шалбарға гомеоморфты гиперболалық бет және оның шекаралық компоненттері ұзындығы тең қарапайым жабық геодезиялықтар болады. Мұндай бет изометрияға дейін бірегей түрде анықталады. Манжеттің ұзындығын нөлге тең еткенде, шалбардан манжетті алып тастағанда толық метрика қолданылады, манжет орнына төбе алынады. Бұл құрылымның көлемі шектеулі.

Шалбарлар мен алты бұрышты

Алдыңғы абзацтағы жіктеменің геометриялық дәлелі гиперболалық шалбарлардың құрылымын түсіну үшін маңызды. Ол былай жүреді: Толық геодезиялық шекарасы бар гиперболалық шалбар жұбын қарастыра отырып, манжеттерді жұптап қосатын және олардың соңғы нүктелерінде оларға перпендикуляр болатын үш уникалды геодезиялық доға бар. Бұл доғалар шалбардың тігістері деп аталады. Шалбарды тігістер бойымен кесу арқылы үш жағының ұзындығы сәйкес келетін екі тікбұрышты гиперболалық алтыбұрыш алынады. Келесі лемманы элементар гиперболалық геометрия арқылы дәлелдеуге болады. Егер екі тікбұрышты гиперболалық алтыбұрыштың әрқайсысының үш кезектес жағының ұзындығы бірдей болса, онда олар изометриялық болып табылады. Осылайша, шалбар жұбы тікбұрышты алтыбұрыштың екі жағы бойынша екі еселенген нұсқасы екенін көреміз. Алтыбұрыштың изометрия класы қалған үш кезектес жағының ұзындығымен бірегей түрде анықталғандықтан, шалбарларды жіктеу алтыбұрыштарды жіктеуден туындайды. Егер бір манжеттің ұзындығы нөлге тең болса, онда тікбұрышты алтыбұрыштағы сәйкес жағы идеалды төбемен ауыстырылады.

Фенхель-Нильсен координаттары

Бір беттің Тейхмюллер кеңістігіндегі нүкте толық гиперболалық бет және диффеоморфизмді білдіретін жұппен көрсетіледі. Егер бетті қисықтармен шалбарға жіктеуге болады десек, онда Тейхмюллер жұптарын Фенхель-Нильсен координаттары арқылы параметрлеуге болады, олар былай анықталады. Манжеттердің ұзындығы – бұл берілген қисықтарға гомотопты жабық геодезиялардың ұзындығы. Бұрылу параметрлерін анықтау қиынырақ. Олар екі шалбар жұбын бойымен желімдеген кезде қанша бұрылу жасалатынын көрсетеді, бұл оларды модуль бойынша анықтайды. Анықтаманы нақтылауға болады (аналитикалық жалғастыру немесе геометриялық әдістерді қолдану арқылы) бұрылу параметрлерін мәнінде алу үшін (шамамен, мәселе мынада: толық айналым жасаған кезде, Теичмюллер кеңістігіндегі нүкте Дехн бұрылысы арқылы алдын ала құрастырылып өзгереді).

Шалбар кешені және Вейл-Петерсон метрикасы

Бір штандар кешенінен Тейхмюллер кеңістігіне бір сәйкестік құруға болады, ол штандардың ыдырауын Fenchel Nielsen координаттарының жең бөлігі жеткілікті үлкен тұрақтымен шектелген аймақтағы кез келген таңдалған нүктеге жібереді. Тейхмюллер кеңістігі Вейл-Петерсон метрикасымен жабдықталғанда, бұл квазиизометрия болып табылады, және бұл метриканы зерттеуде өте пайдалы болып көрінді.

Шалбарлар мен Шотки топтары

Бұл құрылымдар екі генератордағы Шотки топтарына сәйкес келеді (дәлірек айтқанда, егер екі генератордағы Шотки тобының гиперболалық жазықтығының бөлігі шалбардың ішкі бөлігіне гомеоморф болса, онда оның дөңгелек ядросы жоғарыда сипатталғандай гиперболалық шалбар болып табылады, және барлығы осылай алынады).

Екі өлшемді кобордтар

Екі n өлшемді жабық көптүрлілік арасындағы кобордизм – екі көптүрліліктің ажыратылған одағын құрайтын (n+1) өлшемді ықшам көптүрлілік. n+1 өлшемді кобордизмдер санаты – n өлшемді жабық көптүрліліктерді объектілер етіп алатын сана, ал кобордизмдер олардың арасындағы морфизмдер болып табылады (кобордизмнің анықтамасы көптүрліліктердің шекарасын сәйкестендіруді қамтиды). Көптүрліліктердің бірі бос болуы мүмкін; атап айтқанда, n+1 өлшемді жабық көптүрлілік бос жиынның эндоморфизмі ретінде қарастырылады. Бірінші кобордизмнің соңы екіншісінің басталуымен сәйкес келгенде екі кобордизмді біріктіруге болады. n өлшемді топологиялық кванттық өріс теориясы (TQFT) – n кобордизмдер санатынан күрделі векторлық кеңістік санатына (мұнда көбейту тензорлық көбейту арқылы беріледі) моноидалдық функтор. Атап айтқанда, 1 өлшемді көптүрліліктер (шеңберлердің одағы) арасындағы кобордизмдер – шекарасы екі ажыратылған шеңберлер одағына бөлінген ықшам беттер. Екі өлшемді TQFT Фробен алгебрасына сәйкес келеді, онда шеңбер (жалғыз байланысты жабық 1 көптүрлілік) алгебраның негізгі векторлық кеңістігіне бейнеленеді, ал шалбар жұбы шектік компоненттердің топталуына байланысты көбейту немесе кобейтуді береді, бұл коммутативті немесе кокоммутативті. Сонымен қатар, дискпен байланысты бейнелеу шекараның топталуына байланысты коунитті (тұрақты) немесе бірлікті (скалярларды) береді, бұл сәйкестікті толықтырады.