Кіріспе
Үздіксіз сюръекция жергілікті тривиалдық шартты қанағаттандырады. Математикада, әсіресе топологияда, талшықтық бундель (Commonwealth English: fibre bundle) – жергілікті түрде көбейту кеңістігі болып табылатын, бірақ жаһандық тұрғысынан басқа топологиялық құрылымы болуы мүмкін кеңістік. Нақтырақ айтқанда, кеңістік пен көбейту кеңістігі арасындағы ұқсастық үздіксіз сюръективті бейнелеу арқылы анықталады, ол кішкентай аймақтарда сәйкес келетін аймақтардан проекция сияқты әрекет етеді. Бұл бейнелеу бундельдің проекциясы немесе суберуі деп аталады және бундель құрылымының бір бөлігі болып есептеледі. кеңістік талшықтық бундельдің толық кеңістігі, – негізгі кеңістік, ал – талшық ретінде белгілі. Тривиальды жағдайда, кезде болады және бейнелеу көбейту кеңістігінен бірінші факторға проекция болып табылады. Бұл тривиальды бундель деп аталады. Тривиальды емес талшықтық бундельдердің мысалдары Мёбиус жолағы және Клейн бөтелкесі, сондай-ақ тривиальды емес жабу кеңістіктерін қамтиды. Тілiк бундельдер, мысалы, манифольдтың жанама бунделі және басқа да жалпы векторлық бундельдер, дифференциалдық геометрия және дифференциалдық топологиядағы бас бундельдер сияқты маңызды рөл атқарады. Проекциялық бейнелеулермен «үйлесетін» талшықтық бундельдердің толық кеңістіктері арасындағы бейнелеулер бундельдік бейнелеулер деп аталады, ал талшықтық бундельдер класы мұндай бейнелеулерге қатысты категория құрайды. Негізгі кеңістіктің өзінен (сәйкестік бейнелеу проекция ретінде) бундельге бағытталған бейнелеу талшықтық бундельдің қимасы деп аталады. Талшықтық бундельдерді әртүрлі жолдармен мамандандыруға болады, ең көп таралғаны – жергілікті тривиальды жамалар арасындағы өту бейнелеулерінің талшыққа әсер ететін белгілі бір топологиялық топта болуын талап ету.
In mathematics, and particularly topology, a fiber bundle (Commonwealth English: fibre bundle) is a space that is locally a product space, but globally may have a different topological structure. Specifically, the similarity between a space and a product space is defined using a continuous surjective map, that in small regions of behaves just like a projection from corresponding regions of to The map called the projection or submersion of the bundle, is regarded as part of the structure of the bundle. The space is known as the total space of the fiber bundle, as the base space, and the fiber. In the trivial case, is just and the map is just the projection from the product space to the first factor. This is called a trivial bundle. Examples of non trivial fiber bundles include the Möbius strip and Klein bottle, as well as nontrivial covering spaces. Fiber bundles, such as the tangent bundle of a manifold and other more general vector bundles, play an important role in differential geometry and differential topology, as do principal bundles. Mappings between total spaces of fiber bundles that "commute" with the projection maps are known as bundle maps, and the class of fiber bundles forms a category with respect to such mappings. A bundle map from the base space itself (with the identity mapping as projection) to is called a section of Fiber bundles can be specialized in a number of ways, the most common of which is requiring that the transition maps between the local trivial patches lie in a certain topological group, known as the structure group, acting on the fiber .
Тарих
Топологияда талшық (немісше: Faser) және талшық кеңістігі (gefaserter Raum) терминдері алғаш рет Герберт Зайферттің 1933 жылғы еңбегінде пайда болды, бірақ оның анықтамасы өте арнайы жағдаймен шектелген. Дегенмен, қазіргі талшық кеңістігінің түсінігінен басты айырмашылығы, Зайферт үшін талшықты (топологиялық) кеңістіктің негізгі кеңістігі (топологиялық кеңістік) деп аталатын E құрылымының бір бөлігі емес, одан E кеңістігінің бөлу кеңістігі ретінде туынды болды. Талшық кеңістігінің алғашқы анықтамасын 1935 жылы Хасслер Уитни сфералық кеңістік деп атап берді, бірақ 1940 жылы Уитни оның атауын сфералық бундельге өзгертті. Тілiк кеңiстiктер теориясы, оның ішінде векторлық бундельдер, негізгі бундельдер, топологиялық фибрациялар және тілiк көптүктiктер арнайы жағдай болып табылады және бұл теория Зайферт, Хайнц Хопф, Жак Фельдбау, Уитни, Норман Стенрод, Чарльз Эресман, Жан Пьер Серр және басқаларға тиесілі. Талшық бундельдер 1935–1940 жылдар аралығында жеке зерттеу нысанына айналды. Алғашқы жалпы анықтама Уитнидің еңбектерінде пайда болды. Уитни талшық бундельдің жалпы анықтамасына шар бундельдің нақты түсінігін зерттеу арқылы келді, яғни талшығы кез келген өлшемдегі сфера болып табылатын талшық бундель.
Бағасыз буып-түйілу
Let және let бірінші факторға проекция болсын. Онда бұл – үстіндегі (үшін) талшықтық түйін. Мұнда бұл тек жергілікті ғана емес, сонымен қатар жаһандық өнім болып табылады. Мұндай талшықтық түйін тривиальды түйін деп аталады. Қиылысатын КВ кешені арқылы жасалған кез келген талшықтық түйін тривиальды болады.
Мёбиус жолағы
Мүмкін, ең қарапайым мысал Мёбиус жолағы болып табылады. Оның таспаның ортасымен бойымен жүретін шеңбері база болып табылады және талшық сызық сегментінен тұрады, сондықтан Мёбиус жолағы – шеңбер үстіндегі сызық сегментінің шоғыры. нүктесінің (мұндағы ) маңындағы аймақ – доға; суретте бұл квадраттардың бірінің ұзындығына тең. Суреттегі кері бейне – төрт квадрат ені және бір квадрат ұзындығы бар (сәл бұрылған) жолақтың бөлігі (яғни, нүктесіне проекцияланатын барлық нүктелер). (ішінде) гомеоморфизм бар, ол нүктесінің кері бейнесін (тривиализациялық маңайды) цилиндрдің тілімшесіне бейнелейді: қисық, бірақ бұрылмаған. Бұл жұп жергілікті түрде жолақты тривиализациялайды. Сәйкес тривиальды шоғыр – цилиндр болар еді, бірақ Мёбиус жолағында жалпы «бұрылыс» бар. Бұл бұрылыс тек жаһандық түрде ғана көрінеді; жергілікті түрде Мёбиус жолағы мен цилиндр бірдей (екеуінде де бір тік сызық кесімін жасау бірдей кеңістік береді).
Клейн бөтелкесі
Бұған ұқсас тривиальді емес жиын – Клайн бутылкасы, оны екінші шеңбердің үстіндегі "қисайтылған" шеңбер жиыны ретінде қарастыруға болады. Сәйкес қисайтылмаған (тривиальді) жиын – 2 тор, .
Қаптама картасы
Жапқыш кеңістік – талшықтық шоғыр, онда шоғыр проекциясы жергілікті гомеоморфизм болады. Осыдан талшық дискретті кеңістік екендігі шығады.
Векторлы және негізгі бунделдер
Векторлық бундельдер деп аталатын талшықтық бундельдердің ерекше класы бар, олардың талшықтары векторлық кеңістіктер болып табылады (векторлық бундель ретінде қарастырылуы үшін бундельдің құрылымдық тобы – төменде қараңыз – сызықтық топ болуы керек). Бірқалыпты көпқырлының жанама бундельдері мен кожанама бундельдері векторлық бундельдердің маңызды мысалдары болып табылады. Кез келген векторлық бундельден негіздердің фрейм бундельін құруға болады, ол негізгі бундель болып табылады (төменде қараңыз). Талшықтарында топтың еркін және транзитивті әрекеті берілген бундельдер, сондықтан әрбір талшық негізгі біртекті кеңістік болып табылатын, талшықтық бундельдердің тағы бір ерекше класы – негізгі бундельдер деп аталады. Бундель көбінесе топпен бірге көрсетіледі, оны негізгі бундель деп атайды. Топ сонымен қатар бундельдің құрылымдық тобы болып табылады. Векторлық кеңістікте берілген топтың өкілдігі болған жағдайда, құрылымдық тобы ретінде топты қолдана отырып, векторлық бундель құрастырылуы мүмкін, ол байланысты бундель деп белгілі.
Шар түйіршіктері
Сфералық шоғыр – талшығы n-сфера болып табылатын талшықтық шоғыр. Метрикасы бар векторлық шоғыр берілгенде (мысалы, Римандық көпқырлының жанама шоғыры), оған байланысты бірлік сфералық шоғырды құруға болады, ондағы нүктедегі талшық – сол нүктедегі барлық бірлік векторлар жиыны. Егер сұранысқа алынған векторлық шоғыр жанама шоғыр болса, онда бірлік сфералық шоғыр бірлік жанама шоғыр деп аталады. Сфералық шоғырдың ішінара сипаттамасы – оның Эйлер класы, ол шоғырдың толық кеңістігіндегі белгілі бір дәрежелі когомология класы. Егер n=2 болса, сфералық шоғыр шеңберлік шоғыр деп аталады, ал Эйлер класы бірінші Черн класына тең болады, ол шоғырдың топологиясын толық сипаттайды. Кез келген n үшін, шоғырдың Эйлер класы берілгенде, оның когомологиясын Гисин тізбегі деп аталатын ұзын толық тізбек арқылы есептеуге болады.
Карталық тори
Егер Х топологиялық кеңістік болса және f гомеоморфизм болса, онда карталау торының шеңбер үстіндегі талшықтық будабына табиғи құрылымы болады. Беттердің гомеоморфизмдерінің карталау торлары 3-өлшемді топологияда ерекше маңызға ие.
Квотиент кеңістіктері
Егер топологиялық топ және жабық кіші топ болса, онда кейбір жағдайларда, квозиент кеңістігі квозиент бейнелеуімен бірге талшықтық будама болады, оның талшығы топологиялық кеңістік болып табылады. Талшықтық будама құру үшін қажетті және жеткілікті шарт – бейнелеудің жергілікті қималарын қабылдауы. Квозиент бейнелеуінің жергілікті қималарын қабылдауының ең жалпы шарттары белгісіз, бірақ егер Ли тобы және жабық кіші топ болса (және, осылайша, Картан теоремасы бойынша Ли кіші тобы), онда квозиент бейнелеуі талшықтық будама болады. Бұған мысал ретінде Хопф фибрациясын келтіруге болады, ол сфераның үстіндегі талшықтық будама, оның толық кеңістігі . Ли топтарының тұрғысынан алғанда, оны арнайы унитарлық топпен сәйкестендіруге болады. Диагональдық матрицалардың абелдік кіші тобы шеңбер тобына изоморфты, ал квозиент сфераға диффеоморфты. Көбірек айтқанда, егер кез келген топологиялық топ және жабық кіші топ болса, және бұл кіші топ сонымен қатар Ли тобы болса, онда квозиент талшықтық будама болады.
The most general conditions under which the quotient map will admit local cross sections are not known, although if is a Lie group and a closed subgroup (and thus a Lie subgroup by Cartan's theorem), then the quotient map is a fiber bundle. One example of this is the Hopf fibration, , which is a fiber bundle over the sphere whose total space is From the perspective of Lie groups, can be identified with the special unitary group The abelian subgroup of diagonal matrices is isomorphic to the circle group , and the quotient is diffeomorphic to the sphere. More generally, if is any topological group and a closed subgroup that also happens to be a Lie group, then is a fiber bundle.
Бөлімдер
Талшықты түйіннің қимасы (немесе көлденең қимасы) – B жиынындағы барлық x үшін үздіксіз бейнелеу. Түйіндердің жалпы жағдайда жаһандық түрде анықталған қималары болмайтындықтан, теорияның мақсатының бірі олардың болуын қамтамасыз ету болып табылады. Қиманың болуына кедергі көбінесе когомология класы арқылы өлшеніп, алгебралық топологиядағы сипаттамалық кластар теориясына алып келеді. Ең белгілі мысал – түкті шар теоремасы, онда Эйлер класы 2 сфераның тангенциалдық түйінінде ешқайда жоғалып кетпейтін қиманың болуына кедергі болып табылады. Көп жағдайда қималарды тек жергілікті түрде анықтау қажеттігі туындайды (әсіресе жаһандық қималар болмағанда). Талшықты түйіннің жергілікті қимасы – U ашық жиыны B жиынында және U жиынындағы барлық x үшін үздіксіз бейнелеу. Егер жергілікті тривиализациялау схемасы болса, онда жергілікті қималар әрқашан U үстінде болады. Мұндай қималар үздіксіз бейнелеулермен бір-бірге сәйкес келеді. Қималар шоғыр құрайды.
Дифференциалданған талшықтар
Дифференциалданатын көпқырлылықтар санатында, талшықтық бундельдер бір көпқырлылықтан екіншісіне батыру ретінде табиғи түрде туындайды. Кез келген (дифференциалданатын) дифференциалданатын М көпқырлылығынан басқа дифференциалданатын N көпқырлылығына батыру, дифференциалданатын талшықтық бундельді тудырмайды. Біріншіден, бейнелеу сюръективті болуы керек, және ол талшықтық көпқырлылық деп аталады. Дегенмен, бұл қажетті шарт толық емес, және жиі қолданылатын жеткілікті шарттардың әртүрлі түрлері бар. Егер M және N тығыз және байланысқан болса, онда кез келген батыру талшықтық бундельді тудырады, яғни әрбір талшыққа диффеоморфты талшықтық кеңістік F болады, яғни талшықтық бундель. (Бұл жағдайда берілген болжамдар бойынша сюръективтілік орындалады.) Көбірек жалпылап айтқанда, егер батыру N-нің кез келген тығыз K ішкі жиыны үшін тығыз болса, тығыздық туралы болжамды жеңілдетуге болады. Тағы бір жеткілікті шарт, егер M және N дифференциалданатын көпқырлылықтар болса және барлық үшін преобраз тығыз және байланысқан болса, онда үйлесімді талшықтық бундель құрылымы болады.
Жалпылау
Топтама ұғымы математикадағы көптеген санаттарға қолданылады, жергілікті қарапайымдық шартын тиісті түрде өзгерту арқылы; cf. негізгі біртекті кеңістік және торсор (алгебралық геометрия). Топологияда фибрация – талшықтық түйіршіктермен ортақ белгілі бір гомотопиялық теориялық қасиеттері бар бейнелеу. Атап айтқанда, шартты техникалық талаптар орындалғанда талшықтық түйіршік әрқашан гомотопиялық көтеру қасиетіне немесе гомотопиялық жабу қасиетіне ие (толық мәліметтер үшін қараңыз). Бұл фибрацияны анықтайтын қасиет. Талшықтық түйіршіктің қимасы – "шығу диапазоны кіріске үздіріссіз тәуелді болатын функция". Бұл қасиет формальды түрде тәуелді тип ұғымында бейнеленген.