Кіріспе
Математиканың саласы Коммутативті емес геометрия (NCG) – коммутативті емес алгебраларға геометриялық тәсілмен қарайтын және функциялардың коммутативті емес алгебралары арқылы, мүмкін, белгілі бір жалпыланған мағынада, жергілікті түрде ұсынылатын кеңістіктерді құрумен айналысатын математиканың саласы. Коммутативті емес алгебра – көбейту коммутативті емес, яғни әрқашан тең емес ассоциативтік алгебра; немесе жалпы алғанда, басты екілік операцияларының бірі коммутативті емес алгебралық құрылым; сонымен қатар, функциялардың коммутативті емес алгебрасы арқылы қосымша құрылымдардың, мысалы, топологияның немесе норманың болуы мүмкін. Коммутативті емес кеңістіктер туралы терең түсінік беруге операторлық алгебралар, яғни Гильберт кеңістігіндегі шектелген сызықтық операторлардың алгебралары көмектеседі. Бұл саланың 1980 жылдардағы алғашқы дамуында маңызды рөл атқарған және векторлық шоғырлардың, байланыстардың, қисықтықтың коммутативті емес нұсқаларын тудырған "коммутативті емес тор" – мұндай кеңістіктердің бірнеше типік мысалы болып табылады.
Noncommutative geometry (NCG) is a branch of mathematics concerned with a geometric approach to noncommutative algebras, and with the construction of spaces that are locally presented by noncommutative algebras of functions, possibly in some generalized sense. A noncommutative algebra is an associative algebra in which the multiplication is not commutative, that is, for which does not always equal ; or more generally an algebraic structure in which one of the principal binary operations is not commutative; one also allows additional structures, e. g. topology or norm, to be possibly carried by the noncommutative algebra of functions. An approach giving deep insight about noncommutative spaces is through operator algebras, that is, algebras of bounded linear operators on a Hilbert space. Perhaps one of the typical examples of a noncommutative space is the "noncommutative torus", which played a key role in the early development of this field in 1980s and lead to noncommutative versions of vector bundles, connections, curvature, etc.
Мотивация
Негізгі мотивация – кеңістіктер мен функциялар арасындағы коммутативті дуалдықты коммутативті емес жағдайға дейін кеңейту. Математикада геометриялық сипатқа ие кеңістіктер оларға қатысты сандық функциялармен байланыстырылуы мүмкін. Әдетте, мұндай функциялар коммутативті сақина құрайды. Мысалы, X топологиялық кеңістігіндегі үздіксіз, күрделі мәнді функциялардың сақинасы C(X) болып табылады. Көптеген жағдайларда (мысалы, X компактты Хаусдорф кеңістігі болса), C(X) арқылы X-ті қалпына келтіруге болады, сондықтан X-тің коммутативті топологиясы бар деудің мәні бар. Топологияда, нақтырақ айтқанда, компактты Хаусдорф топологиялық кеңістіктерін кеңістіктегі функциялардың Банах алгебрасынан (Гельфанд-Наймарк) қайта құруға болады. Коммутативті алгебралық геометрияда алгебралық схемалар коммутативті бірлік сақиналардың жергілікті жай спектрлері болып табылады (А. Гротендик), ал әрбір квази-бөлінген схема модульдердің квази-когерентті шоқтарының категориясынан схемалар изоморфизміне дейін қайта құрылуы мүмкін (П. Габриэль – А. Розенберг). Гротендик топологиялары үшін сайттың когомологиялық қасиеттері жиынтықтардың сәйкес шоқтарының категориясының инварианттары болып табылады, олар абстрактілі түрде топос ретінде қарастырылады (А. Гротендик). Барлық осы жағдайларда кеңістік функциялар алгебрасынан немесе оның категорияланған түрінен – яғни, осы кеңістіктегі шоқтардың кейбір категориясынан қайта құрылады. Топологиялық кеңістіктегі функциялар нүкте бойынша көбейтілуі және қосылуы мүмкін, сондықтан олар коммутативті алгебра құрайды; шындығында, бұл операциялар базалық кеңістіктің топологиясында жергілікті болып табылады, сондықтан функциялар базалық кеңістік үстінде коммутативті сақиналардың шоғын құрайды. Коммутативті емес геометрияның арманы – осы дуалдықты коммутативті емес алгебралардың, немесе коммутативті емес алгебралардың шоқтарының, немесе шоқ сияқты коммутативті емес алгебралық немесе операторлық алгебралық құрылымдардың және белгілі бір геометриялық объектілердің арасындағы дуалдылыққа жалпылау, сондай-ақ осы дуалдылық арқылы олардың алгебралық және геометриялық сипаттамалары арасындағы өзара әрекеттесуді қамтамасыз ету. Коммутативті сақиналар әдеттегі аффиндік схемаларға, ал коммутативті C* алгебралар әдеттегі топологиялық кеңістіктерге сәйкес келетінін ескерсек, коммутативті емес сақиналар мен алгебраларға кеңею топологиялық кеңістіктерді «коммутативті емес кеңістіктер» ретінде қарастыруды қажет етеді, бұл тривиальды емес жалпылауды білдіреді. Осы себепті коммутативті емес топология туралы сөз болады, бірақ бұл терминнің басқа да мағыналары бар.
Математикалық физикадағы қолданулары
Бөлшек физикасының кейбір қолданыстары "Коммутативті емес стандартты модель" және "Коммутативті емес кванттық өріс теориясы" жазбаларында сипатталған. Физикада коммутативті емес геометрияға қызығушылықтың күрт өсуі 1997 жылы М теориясындағы оның рөлі туралы болжамдардан кейін басталды.
Эргодикалық теорияның мотивациясы
Ален Коннс коммутативті емес геометрияны техникалық деңгейде қолдану үшін әзірлеген теорияның бір бөлегінің тамыры ескі әрекеттерде, әсіресе эргодикалық теорияда жатыр. Джордж Маккидің ергодикалық топтық әрекеттерді кеңейтілген түрдегі біртекті кеңістіктерге айналдыратын виртуалды кіші топтар теориясын құру туралы ұсынысы қазір толығымен сіңіріліп кеткен.
Коммутативті емес C*-алгебралар, фон Нейман алгебралары
Коммутативті емес C* алгебралардың (формалды) дуалдары қазір көбінесе коммутативті емес кеңістіктер деп аталады. Бұл Гельфанд өкілдігімен салыстыру арқылы, ол коммутативті C* алгебралардың жергілікті тығыз Хаусдорф кеңістіктеріне дуалды екенін көрсетеді. Жалпы, кез келген C* алгебрасы S үшін топологиялық кеңістік Ŝ-ні байланыстыруға болады; C* алгебрасының спектрін қараңыз. σ-шекті өлшем кеңістіктері мен коммутативті фон Нейман алгебралары арасындағы дуалдық үшін, коммутативті емес фон Нейман алгебралары коммутативті емес өлшем кеңістіктері деп аталады.
Коммутативті емес дифференциалдық коллекторлар
Тегіс Риман көптігі M – көптеген қосымша құрылымдарға ие топологиялық кеңістік. Оның үздіксіз функциялар алгебрасы C(M)-нен тек M-ді топологиялық тұрғыдан қалпына келтіруге болады. Риман құрылымын қалпына келтіретін алгебралық инвариант – спектрлік үштік. Ол M-нің үстіндегі тегіс векторлық шоғыр E-ден, мысалы, сыртқы алгебра шоғырынан құралады. E-нің квадраттық интегралданатын қималарының L2(M, E) Гильберт кеңістігі C(M) көбейту операторлары арқылы бейнеленеді, және біз L2(M, E)-де компактты ажыратымдылығы бар шексіз оператор D-ні қарастырамыз (мысалы, қолтаңба операторы), сонда f тегіс болғанда [D, f] коммутаторлары шектелген болады. Тераң теорема M-ді Риман көптігі ретінде осы деректерден қалпына келтіруге болатынын көрсетеді. Бұл, мүмкін, коммутативті емес Риман көптігін спектрлік үштік (A, H, D) ретінде анықтауға болады деген ойға жетелейді, ол Гильберт кеңістігінде C* алгебрасы A-ның бейнелеуінен, сондай-ақ H-де компактты ажыратымдылығы бар шексіз оператор D-ден тұрады, мұнда [D, a] A-ның бір тығыз субальгебрасындағы барлық a үшін шектелген. Спектрлік үштіктерді зерттеу өте қарқынды, және коммутативті емес көптіктердің көптеген мысалдары құрастырылды.
Коммутативті емес аффиндік және проекциялық схемалар
Аффиналық схемалар мен коммутативті сақиналар арасындағы дуалдыққа ұқсас, біз коммутативті емес аффиналық схемалардың санатын ассоциативтік бірлік сақиналар санатының дуалы ретінде анықтаймыз. Бұл жағдайда Зариски топологиясының белгілі бір аналогтары бар, сондықтан мұндай аффиналық схемаларды жалпы нысандарға біріктіруге болады. Сондай-ақ, Конус пен коммутативті сыныпталған сақинаның Proj-ының жалпылануы бар, олар Proj бойынша Серре теоремасын еліктейді. Атап айтқанда, коммутативті дәрежелі алгебраның Proj-дегі O модульдерінің квазикогерентті қаптамаларының санаты, шекті ұзындықтағы Серренің дәрежелі модульдерінің кіші санатында локализацияланған сақинадағы дәрежелі модульдер санатына тең; алгебра Ноэтерлік болғанда когерентті қаптамалар үшін де ұқсас теорема бар. Майкл Артин мен Дж.Ж. Чжан бұл теореманы коммутативті емес проективті геометрияның анықтамасы ретінде кеңейтеді, сонымен қатар кейбір жалпы сақиналық теориялық шарттарды қосады (мысалы, Артин–Шелтердің тұрақтылығы). Проективті схемалардың көптеген қасиеттері осы контекстке көшеді. Мысалы, Артин мен Чжанның коммутативті емес проективті схемалары үшін белгілі Серре дуалдығының аналогы бар. А. Л. Розенберг квазикогерентті қаптамалар мен жазық локализация функторларының санаттары арқылы Гротендиктің схемалардың морфизмдерін зерттеуін абстракциялап, (негіздік категория бойынша) жалпы емес квазикомпакт схемасының салыстырмалы тұжырымдамасын жасады. Фред Ван Ойстеен, Люк Вилларт және Ален Вершореннің локализация теориясы арқылы тағы бір қызықты тәсілі бар, ондағы негізгі ұғым – схемалық алгебра.
Коммутативті емес кеңістік үшін инварианттар
Теорияның кейбір тудыратын сұрақтары белгілі топологиялық инварианттарды коммутативті емес (оператор) алгебралардың формалды дуалдарына және коммутативті емес кеңістіктерге басқа да алмастырулар мен үміткерлерге кеңейтумен байланысты. Ален Коннстың коммутативті емес геометриядағы бағытының негізгі бастапқы нүктесінің бірі – коммутативті емес ассоциативтік алгебралар мен коммутативті емес операторлық алгебраларға қатысты жаңа гомология теориясын, атап айтқанда циклдік гомологияны және оның алгебралық K-теориясымен байланысын (негізінен Конн–Черн сипаттама картасы арқылы) ашуы болды. Тегіс манифольдтардың сипаттамалық кластарының теориясы операторлық K-теориясы мен циклдік когомологияның құралдарын қолдана отырып, спектрлік үштіктерге дейін кеңейтілді. Классикалық индекс теоремаларының бірнеше жалпыламалары спектрлік үштіктерден сандық инварианттарды тиімді алуға мүмкіндік береді. Циклдік когомологиядағы негізгі сипаттама класы, JLO коциклі, классикалық Черн сипаттамасын жалпылайды.
Конн мағынасында
Конн байланысы — дифференциалды геометриядағы байланыстың коммутативті емес кеңейтілуі. Оны Ален Конн енгізді, ал кейін Жоахим Кунц және Дэниел Куиллен оны одан әрі кеңейтті.