Кіріспе

Математикада, әсіресе дифференциалдық топология саласында, Морзе гомологиясы – кез келген тегіс көпқырлы үшін анықталған гомология теориясы. Ол көпқырлының тегіс құрылымын және қосымша метриканы пайдалана отырып салынады, бірақ топологиялық тұрақты болып табылады және іс жүзінде сингулярлы гомологияға изоморфты. Морзе гомологиясы Флоер гомологиясы теориялары деп аталатын әр түрлі шексіз өлшемді жалпыламалар үшін де модель ретінде қызмет етеді.

Ресми анықтама

Кез келген (компактты) тегіс көптік берілген болса, f Морзе функциясы және g көптіктегі Риман метрикасы болсын. (Бұлар қосалқы; ақыр соңында Морзе гомологиясы екеуіне де байланысты емес.) Бұл жұп бізге градиент векторлық өрісті береді. Егер f-тің барлық сындық нүктелеріне байланысты тұрақты және тұрақсыз көптіктер бірін-бірі көлденең қисаса, онда оны Морзе–Смале деп атаймыз. Кез келген осындай жұп үшін, кез келген екі сындық нүкте арасындағы индекс айырмашылығы сол нүктелер арасындағы градиент ағынының модульдік кеңістігінің өлшеміне тең екенін көрсетуге болады. Осылайша, i индексінің және басқа i индексінің сындық нүктесі арасындағы ағымдардың бір өлшемді модульдік кеңістігі бар. Әрбір ағым домендегі бір өлшемді трансляция арқылы қайта параметрленуі мүмкін. Осы қайта параметрлеулерге қатысты бөлуден кейін, бөліндік кеңістік нөлдік өлшемді — яғни, параметрленбеген ағын сызықтарын көрсететін бағдарланған нүктелердің жиынтығы. Содан кейін тізбек кешенін келесідей анықтауға болады. Желілер жиынтығы — бұл Z модулі, сындық нүктелер арқылы туындайды. Комплекстің дифференциалы d, i индексінің сындық нүктесін, индекстік сындық нүктелердің қосындысына жібереді, коэффициенттері p-ден осы индекстік сындық нүктелерге дейінгі параметрленбеген ағын сызықтарының (белгіленген) санына сәйкес келеді. Мұндай ағын сызықтарының саны шекті екендігі модульдік кеңістіктің компакттығынан туындайды. Бұл тізбек кешенін анықтайды (яғни, d² = 0) градиент ағындарының модульдік кеңістіктерінің қалай компакттанатынын түсінуден туындайды. Атап айтқанда, индексі i-нің сындық нүктесі q үшін коэффициент, индексі 1-дің p-ден индексі i-нің сындық нүктесі r-ге дейінгі ағынынан және тағы бір индексі 1-дің r-ден q-ға дейінгі ағынынан тұратын бұзылған ағындардың (белгіленген) саны болып табылады. Бұл бұзылған ағындар дәл 2-индексті ағындардың модульдік кеңістігінің шекарасын құрайды: 2-индексті ағындардың кез келген тізбегінің лиміті осы формада екенін көрсетуге болады, және барлық мұндай бұзылған ағындар 2-индексті ағындардың лиміттері ретінде туындайды. Параметрленбеген 2-индексті ағындар бір өлшемді отбасыларда келеді, олар шекаралары бар компактты бірлікке компакттанады. Шекарасы бар компактты бірлік шекарасының белгіленген саны нөлге тең екендігін дәлелдейді.

Морзе гомологиясының өзгермеушілігі

Бұл кешеннің гомологиясы оны анықтау үшін қолданылатын Морзе-Смейл жұбынан (f, g) тәуелсіз екенін көрсетуге болады. Кез келген екі берілген жұп (f0, g0) және (f1, g1) арасында интерполяцияланатын жұптардың гомотопиясы (ft, gt) әрқашан анықталуы мүмкін. Бифуркациялық талдау арқылы немесе тізбек картасын анықтау үшін жалғастыру картасын пайдалану арқылы екі Морзе гомологиясының изоморфты екенін көрсетуге болады. Гомотопиялардың гомотопиясын пайдаланатын ұқсас аргументтер бұл изоморфизмнің каноникалық екенін көрсетеді. Морзе гомологиясының инварианттылығын дәлелдеудің тағы бір тәсілі оны тікелей сингулярлы гомологиямен байланыстыру. Біреу сингулярлы гомологияға картаны сол нүктеге байланысты тұрақсыз көптікке байланысты сингулярлы тізбекке сындық нүктені жіберу арқылы анықтауы мүмкін; керісінше, сингулярлы тізбек градиенттік векторлық өрісті пайдалана отырып, тізбекті ағызу арқылы жеткен шектік сындық нүктелерге жіберіледі. Мұны нақтылаудың ең таза жолы – токтар теориясын қолдану. Сингулярлы гомологиямен изоморфизмді жасушалық гомологиямен изоморфизмді көрсету арқылы да дәлелдеуге болады, i индексінің сындық нүктесіне i жасуша ретінде қарастырылатын тұрақсыз көптікке қарап, Морзе және жасушалық кешендердегі шекаралық карталардың сәйкес келетінін көрсету арқылы.

Қатынасты құрылыстар

Морзе теориясына бұл тәсіл Рене Том мен Стивен Смельге белгілі болған. Ол сондай-ақ Джон Милнордың h-кобордизм теоремасы туралы кітабында да қамтылған. Морзе гомологиясы сингуляр гомологияға изоморфты екендігінен, Морзе теңсіздіктері генераторлар санын қарастыру арқылы туындайды, яғни тиісті рангтардың гомология топтарын құру үшін қажетті критикалық нүктелерді (және мықты теңсіздіктерді алу үшін Морзе кешенінің қиылысын қарастыру арқылы). Морзе гомологиясының болуы, категорияландыру тұрғысынан, Морзе теңсіздіктерін «түсіндіреді». Эдвард Виттен 1980-жылдардың басында осыған ұқсас құрылымды ұсынды, ол кейде Морзе-Виттен теориясы деп аталады. Морзе гомологиясын шекті өлшемді, тығыз емес немесе шексіз өлшемді көптүрліліктерге кеңейтуге болады, мұнда индексі шекті болып қалады, метрика толық және функция Palais-Smale тығыздық шартын қанағаттандырады, мысалы, Риман көптүрлілігіндегі геодезиялар үшін энергия функционалы. Индекс пен коиндекс екеуі де шексіз болғанда, бірақ кез келген екі критикалық нүктенің салыстырмалы индексі шекті болатын жағдайларға жасалған жалпылау Флор гомологиясы деп аталады. Сергей Новиков бұл құрылымды көптүрліліктегі жабық бір формаға байланысты гомология теориясына жалпылады. Морзе гомологиясы df формасы үшін ерекше жағдай болып табылады. Новиков теориясының ерекше жағдайы – Майкл Хатчингс пен И Джен Ли Рейдемейстер торсиясымен және Сейберг-Уиттен теориясымен байланыстырған шеңберлік Морзе теориясы.

Морзе-Ботт гомологиясы

Морзе гомологиясы Морзе-Ботт жағдайында жүзеге асырылуы мүмкін, яғни оқшауланған дегенерацияланбаған сындық нүктелердің орнына функцияның сындық көптүрліліктері болады, олардың бір нүктедегі жанама кеңістігі сол нүктедегі Гессианның ядросымен сәйкес келеді. Бұл жағдай әрқашан туындайды, егер қарастырылып отырған функция дискретті емес Ли тобына қатысты инвариантты болса. Пайда болған тізбек кешенін және оның гомологиясын сипаттау үшін әрбір сындық субкөптүрлілік бойынша жалпы Морзе функциясын енгізейік. Тізбектер көмекші Морзе функциясының сындық нүктесінде басталатын, кейбір метрикаға қатысты градиент траекториясын ұстанатын және содан кейін Морзе-Ботт функциясының градиент векторлық өрісі бойынша басқа сындық көптүрлілікке жеткенше субкөптүрлілікті қыбырлап өтетін жолдардан тұрады; ол сол сындық субкөптүрліліктегі Морзе функциясымен байланысты градиент траекториясы бойынша біраз уақыт ағып, содан кейін басқа сындық субкөптүрлілікке ағып, немесе бастапқы субкөптүрліліктің сындық нүктесіне ағып, тоқтатылады. (Фрауенфельдер) қараңыз. Морзе-Ботт гомологиясына осы тәсіл Буржуаның жарияланбаған контакттік гомология жұмысының аясында пайда болды, онда сындық субманифолдтар – Реб орбиталарының жиынтығы, ал сындық субманифолдтар арасындағы градиент ағындары – Реб орбиталарының тиісті сындық көптүрліліктеріндегі Реб орбиталарына асимптотикалық болатын контакттік көптүрліліктің псевдоголоморфтық қисықтары. Егер әрбір Морзе функциясын сындық субкөптүрліліктерге жақын бүкіл көптүрліліктегі функцияға кеңейтетін болсақ, бастапқы Морзе-Ботт функциясын бұзатын Морзе-Смале функциясын анық жаза аламыз. Атап айтқанда, әрбір кеңейтілген функцияны шағын оң тұрақтымен көбейтіп, оларды қосып, нәтижені бастапқы Морзе-Ботт функциясына қосамыз. Жоғарыда сипатталған бұзылған ағындар осы Морзе-Смале функциясының ағын сызықтарына C0 жақын болады.