Кіріспе

Сандар теориясы мен геометрияны байланыстыратын кең ауқымды болжамдар

Өкілдік теориясы мен алгебралық сандар теориясында Лэнглендс бағдарламасы – сандар теориясы мен геометрия арасындағы байланыстар туралы кең ауқымды және маңызды болжамдардың жиынтығы. Ол, алгебралық сандар теориясындағы Галуа топтарын автоморфтық формалармен және алгебралық топтардың жергілікті өрістер мен адельдердегі бейнелеу теориясымен байланыстыруға тырысады. Қазіргі заманғы математикалық зерттеулердегі ең ірі жоба ретінде танылған Лэнглендс бағдарламасын Эдвард Френкель «математиканың ұлы біріктірілген теориясы» деп сипаттаған. Лэнглендс бағдарламасында өте күрделі теориялық абстракциялар бар, оларды тіпті мамандандырылған математиктердің өзіне түсіну қиын болуы мүмкін. Айтар болсақ, жобаның негізгі леммасы шекті өрістің жалпыланған негізгі бейнеленуі мен оның топтық кеңеюі арасындағы тікелей байланысты, оның астында ол инвариантты болатын автоморфтық формалармен байланыстырады. Бұл жоғары өлшемді интеграцияға абстракциялау арқылы, оның алгебрасының абсолютті кеңейтілуі ретінде белгілі бір аналитикалық топқа теңдестіру арқылы жүзеге асырылады. Осының нәтижесінде, сандық өрістің өзінің алгебралық құрылымына қуатты инварианттық түрлендірулерді аналитикалық жолмен құруға болады. Мұндай құрылымның мәні күрделі, бірақ оның нақты шешімдері мен жалпыламалары өте күшті. Мұндай теориялық объектілердің бар екенін дәлелдеудің салдары – дерлік кез келген сандық өріс үшін негізгі құрылымдардың категориялық бейнесін құрудағы аналитикалық әдіс. Алғашқы сандардың ықтимал нақты таралуына аналог ретінде, Лэнглендс бағдарламасы жалпыланған алгебралық құрылымдар деңгейінде инварианттықты шешуге арналған әлеуетті жалпы құралды ұсынады. Бұл өз кезегінде арифметикалық объектілерді олардың автоморфтық функциялары арқылы біріктірілген талдау жасауға мүмкіндік береді. Қысқасы, Лэнглендс философиясы сандардың абстракцияларын құрылымдаудың жалпы талдауын жүргізуге мүмкіндік береді. Әрине, бұл сипаттама бағдарламаның нақты теоремаларын қысқарту және жалпылау болып табылады, бірақ осы математикалық аналогтар оның тұжырымдамасының негізін құрайды.

Өмірбаян

Өте кең мағынада, бағдарлама бұрыннан бар идеяларға негізделген: бірнеше жыл бұрын Хариш Чандра және басқалар қалыптасқан құспілік формалар философиясы, Хариш Чандраның жартылай қарапайым Ли тобындағы жұмысы мен тәсілі, сондай-ақ Сельберг және басқалардың із формуласы. Лэнглендтің жұмысында техникалық тереңдіктен басқа, бастапқыда жаңа болған нәрсе – сан теориясына тікелей байланыс, сонымен бірге болжамдалған бай ұйымдық құрылым (функционалдық деп аталатын). Мысалы, Хариш Чандраның еңбегінде, егер бір жартылай қарапайым (немесе редуктивті) Ли тобы үшін бірдеңе жасалса, оны барлық топтар үшін жасау керек деген қағида кездеседі. Сондықтан, модульді формалар теориясында GL(2) сияқты төмен өлшемді Ли топтарының рөлі анықталғаннан кейін, және сабақ өрістері теориясында GL(1) кейіннен қарастырылғаннан кейін, жалпы n > 2 үшін GL(n) туралы болжамдарға мүмкіндік ашылды. Құспілік форма идеясы модульді қисықтардағы құспистерден туындады, бірақ спектрлік теорияда да "дискретті спектр" ретінде көрінетін мағынаға ие болды, бұл Эйзенштейн қатарларынан алынған "үздік спектрге" қарсы қойылды. Бұл үлкен Ли топтары үшін әлдеқайда күрделі болады, себебі параболалық кіші топтар көп. Осы тәсілдердің бәрінде техникалық әдістер жетіспеді деуге болмайды, олар көбінесе индуктивті сипатта және Леви ыдырауларына негізделген, бірақ бұл сала өте қиын болды және қалады. Модульді формалар жағынан, мысалдар бар, мысалы, Хилберт модульді формалары, Сигель модульді формалары және тета қатарлары.

Болжамдар

Лэнглендс болжамдарын тұжырымдаудың бірнеше әртүрлі тәсілі бар, олар тығыз байланысты, бірақ көріне бермейтіндей эквивалентті емес.

Өзара тиімділік

Бағдарламаның бастапқы нүктесі Эмил Артиннің квадраттық өзара әрекеттестікті жалпылайтын өзара әрекеттестік заңы деп қарастырылуы мүмкін. Артиннің өзара әрекеттестік заңы алгебралық сандар өрісінің Галуа кеңейтуіне қолданылады, оның Галуа тобы абельдік; ол осы Галуа тобының бір өлшемді бейнелеулеріне L функцияларын тағайындайды және бұл L функциялары белгілі бір Дирихле L сериясына немесе одан да жалпы серияға (яғни Риманның зетта функциясының белгілі бір аналогтарына) тең екенін көрсетеді. Осы L функцияларының түрлері арасындағы нақты сәйкестік Артиннің өзара әрекеттестік заңы болып табылады. Абельдік емес Галуа топтары мен олардың жоғары өлшемді бейнелеулері үшін L функцияларын табиғи түрде анықтауға болады: Артин L функциялары. Лэнгландтың түсінігі Дирихле L функцияларының дұрыс жалпылануын табу болды, бұл Артиннің тұжырымын осы жалпы жағдайда формулирлеуге мүмкіндік береді. Хеке бұрын Дирихле L функцияларын автоморфтық формалармен байланыстырған (кешендік сандардың жоғарғы жарты жазықтығындағы голоморфтық функциялар, белгілі бір функционалдық теңдеулерді қанағаттандырады). Лэнглендс содан кейін оларды автоморфты куспидальді бейнелеулерге жалпылады, олар рационал сандардың адель сақинасы бойынша жалпы сызықтық топтың GL(n) шексіз өлшемді азайтылмайтын бейнелеулері болып табылады. (Бұл сақинаның бірден-бір қызметі – барлық аяқталуларды қадағалау.) Лэнглендс осы автоморфты бейнелеулерге автоморфты L функцияларын қосады және сандық өрістің Галуа тобының шекті өлшемді бейнелеуінен туындайтын әр Артин L функциясы автоморфты куспидальді бейнелеуден туындайтын функциямен тең деп болжайды. Бұл оның «өзара әрекеттестік болжамы» деп аталады. Шамамен айтқанда, өзара әрекеттестік болжамы редуктивті топтың автоморфтық бейнелеулері мен Лэнгленд тобынан L тобына гомоморфизмдер арасындағы сәйкестікті көрсетеді. Бұның көптеген нұсқалары бар, өйткені Лэнгленд тобы мен L тобының анықтамасы нақтыланбаған. Жергілікті өрістерде бұл жергілікті өрісте редуктивті топтың қабылданған азайтылмайтын бейнелерінің L пакеттерін параметрлеуді қамтамасыз етуі күтілуде. Мысалы, нақты сандар бойынша бұл сәйкестік – нақты редуктивті топтардың Лэнгленд классификациясы. Глобалды өрістерде ол автоморфтық формалардың параметрленуін беруі керек.

Функционалдылық

Функторлық болжам L топтарының сәйкес гомоморфизмінің автоморфтық формалардың (жаһандық жағдайда) немесе өкілдіктердің (жергілікті жағдайда) арасында сәйкестік тудыруы керек екенін айтады. Деректеп айтқанда, Лэнглендтің өзара байланыс болжамы – редуктивті топтардың бірі тривиальды болғандағы функторлық болжамның ерекше жағдайы.

Жалпыланған функционалдылық

Лэнгланд функционалдық идеяны жалпылады: жалпы сызықтық топ GL(n) пайдаланудың орнына басқа да байланысты редуктивті топтарды қолдануға болады. Сонымен қатар, мұндай G тобын берген кезде Лэнгланд LG Лэнгланд қос тобын құрастырады, содан кейін G-нің әрбір автоматты куспидалық өкілдігі және LG-нің әрбір шекті өлшемді өкілдігі үшін ол L функциясын анықтайды. Оның бір болжамында бұл L функциялары белгілі бір функционалдық теңдеуді қанағаттандырады, бұл басқа белгілі L функцияларының жалпылауын қамтамасыз етеді. Содан кейін ол өте жалпы "Функционалдық Принципті" тұжырымдайды. Екі редуктивті топ және олардың сәйкес L топтары арасындағы (жақсы қасиеттері бар) морфизмді ескере отырып, бұл болжам олардың L функцияларымен үйлесімді түрде олардың автоморфты өкілдіктерін байланыстырады. Бұл функционалдық болжам осыған дейін ұсынылған барлық басқа болжамдарды қамтиды. Ол индуцирленген өкілдік құрылысының сипатына ие – автоморфтық формалардың дәстүрлі теориясында «көтеру» деп аталған, нақты жағдайларда белгілі, сондықтан ковариантты (ал шектеулі өкілдік контравариантты). Тікелей құрылымды анықтауға жасалған әрекеттер тек шартты нәтижелерге ғана әкелді. Осы болжамдардың барлығы алгебралық сандар өрістері (алғашқы және ең маңызды жағдай), жергілікті өрістер және функция өрістері (p – жай сан және p элементтері бар шекті өрістегі рационалды функциялар өрісі Fp(t)-ның шекті кеңейтулері) орнына жалпы өрістер үшін де тұжырымдалуы мүмкін.

Геометриялық болжамдар

Владимир Дринфельдтің идеялары негізінде Жерар Лаймон ұсынған, геометриялық Лэнгленд бағдарламасы, дәстүрлі Лэнгленд бағдарламасының геометриялық түрлендірілуі болып табылады, ол тек азайтылмас өкілдіктерді ғана емес, одан да көп нәрсені байланыстыруға бағытталған. Ең қарапайым жағдайларда, алгебралық қисықтың этальдық негізгі тобының l-адық өкілдіктерін, қисық үстіндегі векторлық бундельдердің модульді стегіндегі l-адық шоғырлардың туынды санатындағы объектілермен байланыстырады.

Ағымдағы жағдай

Лэнгландтың GL(1, K) жорамалдары кластық өріс теориясынан (және негізінен оған тең) туындайды. Лэнглендс Архимедтің жергілікті өрістеріндегі (нақты сандар) және (кешенді сандар) топтар үшін олардың икемдемейтін бейнелерінің Лэнглендс жіктемесін беру арқылы Лэнглендс болжамын дәлелдеді. Люстигтің шекті өрістердегі Ли типті топтардың икемдемейтін бейнелерінің жіктелуі шекті өрістердегі Лэнглендс болжамдарының аналогы деп қарастыруға болады. Эндрю Уайлстың рационалдар үстіндегі жартылай тұрақты эллиптік қисықтардың модулярлығын дәлелдеуі Лэнглендс өзара байланыс болжамының бір мысалы ретінде қарастырылуы мүмкін, себебі негізгі идея эллиптік қисықтардан туындайтын Галуа бейнелеулерін модулярлық формалармен байланыстыру болып табылады. Уайлстың нәтижелері көптеген бағыттар бойынша айтарлықтай жалпыланғанмен, толық Лэнглендс болжамы әлі дәлелденбеген. 1998 жылы Лоран Лаффорг функциялық өрістер үшін жалпы сызықтық топ GL(n, K) үшін Лэнглендс жорамалдарын растайтын Лаффорг теоремасын дәлелдеді. Бұл жұмыс 1980 жылдары GL(2, K) жағдайын дәлелдеген Дринфельдтің бұрынғы зерттеулерін жалғастырды. 2018 жылы Винсент Лаффорг глобалды функциялық өрістердегі байланысқан редуктивті топтар үшін Лэнглендс глобалды сәйкестігін (автоморфтық формалардан Галуа бейнелеулеріне бағытталған) құрды.

Жергілікті Лэнглендтер болжамы

жергілікті өрістердегі жалпы сызықтық топ GL(2, K) үшін жергілікті Лэнглендтер болжамын дәлелдеді. Оң сипаттағы жергілікті өрістер үшін жалпы сызықтық топ GL(n, K) үшін жергілікті Лэнглендтер болжамдарын дәлелдеді. Олардың дәлелі жаһандық аргументті қолданады. 0 сипаттағы жергілікті өрістер үшін жалпы сызықтық топ GL(n, K) үшін жергілікті Лэнгленд болжамын дәлелдеді. Тағы бір дәлел келтірді. Екі дәлелдеуде де жаһандық аргумент қолданылады. Тағы бір дәлел келтірді.

Негізгі лемма

2008 жылы Нго Бао Чжу Лэнглендс пен Шелстадтың 1983 жылы болжаған және Лэнглендс бағдарламасындағы маңызды болжамдарды дәлелдеу үшін қажет болған "негізгі лемманы" дәлелдеді.

Салдары

Оқырман үшін немесе тіпті маманданбаған математик үшін Лэнгленд бағдарламасындағы абстракциялар біршама түсініксіз болуы мүмкін. Дегенмен, Лэнглендтің негізгі болжамдарын дәлелдеу немесе жоққа шығару үшін маңызды және нақты салдарлар бар. Бағдарлама аналитикалық сандар теориясы мен алгебралық геометрияның кеңейтілген түрлері арасындағы тығыз байланысты қалыптастыратындықтан, сандар денелерінің абстрактілі алгебралық өкілдіктері мен олардың аналитикалық жай сан құрылымдары арасындағы 'Функционалдық' идеясы жай сан таралуын нақты анықтауға мүмкіндік беретін қуатты функционалдық құралдарға әкеледі. Бұл, өз кезегінде, диофантикалық теңдеулерді жіктеуге және алгебралық функцияларды одан әрі абстракциялауға қабілеттілікті қамтамасыз етеді. Егер ұсынылған объектілер үшін осындай кеңейтілген алгебралардың өзара байланысы болса және олардың аналитикалық функциялары дұрыс анықталғаны көрсетілсе, математикадағы терең нәтижелерге қол жеткізу мүмкін болады. Мысалдарға эллиптік қисықтардың рационалды шешімдері, алгебралық түрлердің топологиялық құрылысы және танымал Риманн гипотезасы жатады. Мұндай дәлелдер жалпыланған аналитикалық қатарлардың объектілеріндегі абстрактілі шешімдерді пайдалануы күтіледі, олардың әрқайсысы сандық денелердің құрылымдарындағы өзгермейтін қасиеттерге байланысты. Сонымен қатар, Лэнгленд бағдарламасы мен М теориясы арасындағы байланыстар да ұсынылды, өйткені олардың дуалдықтары маңызды тәсілдермен байланысты, бұл суперкөздер теориясында нақты шешімдерді ұсынуы мүмкін (топтар теориясында айшықтың нұры арқылы жасалғандай). Қысқасы, Лэнгленд жобасы математиканың ең негізгі салаларына қатысты терең және қуатты шешімдер жүйесін білдіреді, алгебралық теңдеулердің нақты шешімдеріндегі жоғары дәрежелі кеңейтімдер арқылы, геометриялық формаларға енген аналитикалық функциялармен. Бұл көптеген алыс математикалық салаларды қуатты аналитикалық әдістердің формализміне біріктіруге мүмкіндік береді.