Кіріспе

Римандық, күрделі және симплектикалық құрылыммен көпқабатты математикада, әсіресе дифференциалдық геометрияда, Кэлер көпқабаттылығы – өзара үйлесімді үш құрылымға ие көпқабаттылық: күрделі құрылым, Римандық құрылым және симплектикалық құрылым. Бұл ұғымды алғаш рет 1930 жылы Ян Арнольдус Шоутен және Дэвид ван Данциг зерттеді, ал 1933 жылы Эрих Кэлер енгізді. Терминологияны Андре Вейль бекітті. Кэлер геометриясы – Кэлер көпқабаттылықтарын, олардың геометриясын және топологиясын, сондай-ақ Кэлер көпқабаттылықтарында жүзеге асырылатын құрылымдар мен құрастыруларды зерттеу саласы. Мысалы, Гермиттік Янг-Миллс байланыстары сияқты ерекше байланыстардың немесе Кэлер-Айнштейн метрикалары сияқты ерекше метрикалардың болуын зерттеу де осыған жатады. Кез келген тегіс күрделі проективті сорт – Кэлер көпқабаттылығы. Ходж теориясы алгебралық геометрияның орталық бөлігі болып табылады және Кэлер метрикасын қолдану арқылы дәлелденген.

Күрделі көзқарас

Кэхлер көптігі – жабық гермиттік метрикасы h бар күрделі көптікше X, оның қатысты 2-формасы ω жабық. Толығырақ айтқанда, h, X-тің әрбір нүктесіндегі TX тангенциалдық кеңістігінде оң анықталған гермиттік форманы береді, ал 2-форма ω тангенциалдық векторлар u және v үшін (мұндағы i – кешенді сан) былай анықталады:

Кэхлер көптігі X үшін Кэхлер формасы ω – нақты жабық (1,1) форма. Кэхлер көптігін Риманн көптігі ретінде де қарастыруға болады, онда Риманн метрикасы g арқылы анықталады:

Балама түрінде, Кэхлер көптігі X – бұл күрделі өлшемділігі n болатын гермиттік көптікше, онда X-тің әрбір нүктесі p үшін p төңірегінде голоморфты координаттар диаграммасы бар, онда метрика p-ге жақын Cn-дегі стандартты метрикамен 2-дәрежеге дейін сәйкес келеді. Яғни, егер диаграмма p-ні Cn-де 0-ге бейіндесе және метрика осы координаттарда жазылса, онда барлық a, b үшін {1, …, n} шарты орындалады:

2-форма ω жабық болғандықтан, ол де Рам когомологиясындағы элементті анықтайды, ол Кэхлер класы деп аталады.

Риманн көзқарасы

Кэхлер көптігі – 2n жұп өлшемді Риман көптігі X, оның голономия тобы U(n) бірлік тобының ішінде жатыр. Балама түрінде, X-тің әрбір нүктесіндегі жанама кеңістікте J кешенді құрылым бар (яғни, TX-тен өзіне дейінгі сызықтық түрлендіру, онда ) g метрикасын сақтайды (яғни, g(Ju, Jv) = g(u, v)) және J параллель көшіру арқылы сақталады.

Кэхлер потенциалдарының кеңістігі

Кейлер пішінін бір ғана Кейлер потенциалын қолдана отырып, жаһандық түрде сипаттау әрқашан мүмкін болмаса да, егер олар бір де Рам когомология класында болса, екі Кейлер пішінінің айырмасын осылайша сипаттауға болады. Бұл Ходж теориясының леммасының салдары. Атап айтқанда, егер компактты Кейлер көпқырлылығы болса, онда когомология класы Кейлер класы деп аталады. Бұл кластың кез келген басқа өкілі, мысалы, бір формаға дейін ерекшеленеді. Лемма одан әрі бұл дәл форманы тегіс функция ретінде жазуға болатынын көрсетеді. Жоғарыдағы жергілікті талқылауда, ашық ішкі жиынтықта жергілікті Кейлер класын қарастырамыз, ал Пуанкаре леммасы бойынша кез келген Кейлер пішіні жергілікті түрде нөлге когомолог болады. Осылайша жергілікті Кейлер потенциалы жергілікті жерде бірдей. Егер Кейлер класы болса, онда кез келген басқа Кейлер метрикасын мұндай тегіс функция ретінде жазуға болады. Бұл форма автоматты түрде оң форма емес, сондықтан класс үшін Кейлер потенциалдарының кеңістігі оң жағдайлар ретінде анықталады және әдетте былай белгіленеді: Егер екі Кейлер потенциалы тұрақтыға дейін ерекшеленсе, онда олар бірдей Кейлер метрикасын анықтайды, сондықтан класс бойынша Кейлер метрикаларының кеңістігін бөліндімен сәйкестендіруге болады. Кейлер потенциалдарының кеңістігі – қысқартылатын кеңістік. Осылайша Кейлер потенциалдарының кеңістігі белгілі бір кластағы барлық Кейлер метрикаларын бір уақытта зерттеуге мүмкіндік береді, және бұл перспектива Кейлер метрикаларының болуын зерттеуде пайдалы.

Келер коллекторлары және көлемді азайтушылар

Компактты Кэхлер көптігі X үшін, X-тің жабық кешенді кіші кеңістігінің көлемі оның гомология класымен анықталады. Бір жағынан, бұл күрделі кіші кеңістіктің геометриясы оның топологиясымен шектеледі дегенді білдіреді. (Бұл нақты субкөптүрліктер үшін мүлдем орындалмайды.) Нақтырақ айтқанда, Виртингер формуласы былай демек:

мұнда Y – r өлшемді жабық кешенді кіші кеңістік, ал ω – Кэхлер формасы. ω жабық болғандықтан, бұл интеграл тек H2r(X, R) кеңістігіндегі Y класына ғана тәуелді. Бұл көлемдер әрқашан оң болады, бұл күрделі кіші кеңістіктерге қатысты Кэхлер класы ω-ның күшті оңдығын көрсетеді. Атап айтқанда, ωn, n кешенді өлшемді компактты Кэхлер көптігі X үшін нөлге тең емес.

Бұған байланысты, компактты Кэхлер көптігі X-тің кез келген жабық кешенді кіші кеңістігі Y – минималды көптік (оның сингулярлық жиынының сыртында). Тіпті одан да көп: калибрленген геометрия теориясы бойынша, Y бір гомология класындағы барлық (нақты) циклдардың арасында көлемін азайтады.

Kähler сәйкестіктері

Келер көптүрлілігіндегі тегіс, күрделі және Римандық құрылымдардың күшті өзара әрекеттесуі салдарынан, Келер көптүрлілігінің күрделі дифференциалдық формаларындағы әртүрлі операторлар арасында табиғи тепе-теңдіктер бар, олар кез келген күрделі көптүрліліктер үшін орын алмайды. Бұл тепе-теңдіктер сыртқы туындыны, Долбо операторларын және олардың түйіндес операторларын, Лаплас операторларын, Лефшец операторын және оның түйіндес операторын, жиырылу операторын байланыстырады. Бұл тепе-теңдіктер Келер көптүрліліктеріндегі аналитикалық құралдар жиынтығының негізін құрайды және Ходж теориясымен біріктірілгенде, Келер көптүрліліктерінің көптеген маңызды қасиеттерін және олардың когомологиясын дәлелдеуде маңызды рөл атқарады. Атап айтқанда, Келер тепе-теңдіктері Кодайра және Наканоның жоғалу теоремаларын, Лефшец гипержазық теоремасын, Хард Лефшец теоремасын, Ходж-Риманның билинейлік қатынастарын және Ходж индексі теоремасын дәлелдеуде өте маңызды.

Қайыңдық Кэхлер көптіктерінің топологиясы

Ходж теориясының қарапайым салдары – компактты Келер көптігінің b2a+1 әрбір тақ Бетти саны Ходж симметриясы бойынша жұп болады. Бұл жалпы компактты күрделі көптүрліліктер үшін дұрыс емес, Хопф бетінің мысалында көрсетілгендей, ол S1 × S3-қа диффеоморфты және демек, 1 = b1 = 1. "Келер жиынтығы" – Ходж теориясына сүйенген, компактты Келер көптүрліліктерінің когомологиясына қосымша шектеулер жинағы. Нәтижелерге Лефшец гипержазықтық теоремасы, қатты Лефшец теоремасы және Ходж-Риман билинейлік қатынастары кіреді. Байланысты нәтиже – әрбір компактты Келер көптігі рационалды гомотопия теориясының мағынасында формальды. Қай топтар компактты Келер көптүрліліктерінің негізгі топтары бола алады, яғни Келер топтары деген сұрақ әлі де ашық. Ходж теориясы мүмкін Келер топтарына көптеген шектеулер қояды. Ең қарапайым шектеу – Келер тобының абелиандалуы жұп дәрежелі болуы керек, себебі компактты Келер көптігінің Бетти саны b1 жұп. (Мысалы, Z бүтін сандары компактты Келер көптүрлігінің негізгі тобы бола алмайды.) Абельдік емес Ходж теориясы сияқты теорияның кеңейтімдері, қай топтар Келер тобы бола алатыны туралы қосымша шектеулер береді. Келер шарты болмаған жағдайда, жағдай қарапайым: Клиффорд Таубес, әрбір шекті түрде берілген топтың 3-өлшемді қандай да бір компактты күрделі көптүрліктің негізгі тобы ретінде табылатынын көрсетті. (Керісінше, кез келген жабық көптүрліктің негізгі тобы шекті түрде беріледі.)

Күрделі проективті сорттар мен компактті Кэхлер көптүліктерінің сипаттамалары

Кодайраның кіріктіру теоремасы барлық тығыз Кэхлер көптүрліліктерінің арасында тегіс күрделі проективті түрлерін сипаттайды. Атап айтқанда, тығыз күрделі көптік X проективті болады, егер және тек қана егер X-де Кэхлер формасы ω болса, оның класы интегралды кохомология тобының кескінінде болады (Кэхлер формасының оң еселігі Кэхлер формасы болғандықтан, бұл Х-де Кэхлер формасы бар, оның класы келеді дегенге тең). Осы шарттарды қанағаттандыратын Кэхлер формасы ω (яғни Кэхлер формасы ω интегралды дифференциалдық форма) сонымен қатар Ходж формасы деп аталады, ал бұл кездегі Кэхлер метрикасы Ходж метрикасы деп аталады. Ходж метрикасы бар тығыз Кэхлер көптіктері Ходж көптіктері деп те аталады. Көптеген қасиеттері Кэхлер көптүрліліктерінің сәл үлкен жалпылығында сақталады, яғни лемма орындалатын тығыз күрделі көптүрліліктерде. Әсіресе, Ботт-Черн кохомологиясы тығыз күрделі көптүрліліктердің Долбоо кохомологиясына балама болып табылады, және олар егер көптүрлілік лемманы қанағаттандырса ғана изоморфты болады, ал көптүрлілік Кэхлер болғанда келіседі. Жалпы, Ботт-Черн кохомологиясынан Долбоо кохомологиясына дейінгі табиғи картаның ядросы көптүрліліктің Кэхлер бола алмауы туралы ақпаратты қамтиды. Кез келген тығыз күрделі қисық проективті, бірақ кем дегенде 2 күрделі өлшемде проективті емес көптеген тығыз Кэхлер көптүрліліктері бар; мысалы, көпшілігі тығыз күрделі торлар проективті емес. Кез келген тығыз Кэхлер көптүрлілігін кем дегенде деформациялауға бола ма (кешенді құрылымын үздіріссіз өзгертіп) тегіс проективті түрге дейін? Кунхико Кодайраның беттерді жіктеу жөніндегі жұмысы 2-өлшемді күрделі әр тығыз Кэхлер көптүрлілігін шынымен тегіс проективті түрге деформациялауға болатынын көрсетеді. Алайда Клэр Воазиннің көрсетуінше, бұл кем дегенде 4 өлшемде орындалмайды. Ол 4 өлшемді күрделі Кэхлер көптүрлілігін құрастырды, ол тіпті кез келген тегіс күрделі проективті түрге гомотопиялық түрде де тең емес. Сондай-ақ, барлық тығыз күрделі көптүрліліктердің арасында тығыз Кэхлер көптүрліліктерінің сипаттамасын сұрауға болады. 2 өлшемді күрделі кеңістікте Кодайра мен Юм Тонг Сиу тығыз күрделі беттің Кэхлер метрикасына ие екенін көрсетті, егер оның бірінші Бетти саны жұп болса. Бұл нәтижені дәлелдеудің басқа әдісін Бюхдаль мен Ламари тәуелсіз түрде ұсынды, ол күрделі күрделі беттердің жіктемесін қолдана отырып, нақты жағдайды зерттеуді қажет етпейді. Осылайша, "Кэхлер" - тығыз күрделі беттер үшін таза топологиялық қасиет. Алайда, Хирокананың мысалынан көрінетіндей, бұл кем дегенде 3 өлшемде орындалмайды. Толығырақ айтқанда, мысал - бұл 1 параметрлі отбасы, 3 бүктемелі тегіс тығыз күрделі, сондықтан көптеген талшықтар Кэхлер (әрі тіпті проективті), бірақ бір талшық Кэхлер емес. Осылайша, тығыз Кэхлер көптүрлілігі Кэхлер емес күрделі көптүрлілікке диффеоморфты болуы мүмкін.

Кэхлер-Эйнштейн коллекторлары

Келер көптігінің Риччи қисықтығы тұрақты болса, онда ол Келер–Эйнштейн деп аталады. Эквивалентті түрде, Риччи қисықтығы тензоры тұрақты λ-ға көбейтілген метрикалық тензорға тең, яғни Ric = λg. Эйнштейнге сілтеме жасау себебі – жалпы салыстырмалылық теориясы, ол массаның болмаған жағдайында кеңістік-уақыттың 4 өлшемді Лоренцтік көптілік екенін, және оның Риччи қисықтығы нөлге тең екенін көрсетеді. Толықрақ мәліметтер үшін Эйнштейн көптіктері туралы мақаланы қараңыз. Риччи қисықтығы кез келген Риманн көптігі үшін анықталғанымен, ол Келер геометриясында ерекше рөл атқарады: Келер көптігі X-тің Риччи қисықтығын нақты жабық (1,1) форма ретінде қарастыруға болады, ол c1(X) (жанама бундельдің бірінші Черн класы) көрсетеді. Осыдан келіп, компактты Келер–Эйнштейн көптігі X-тің канондық бунделі KX анти-ампли, гомологиялық тривиальды немесе ампли болуы керек, бұл Эйнштейн тұрақтысы λ оң, нөлдік немесе теріс болуына байланысты. Осы үш типтегі Келер көптіктері сәйкесінше Фано, Калаби–Яу немесе ампли канондық бундельмен (бұл жалпы типті білдіреді) деп аталады. Кодайраның кіріктіру теоремасы бойынша Фано көптіктері және ампли канондық бундельі бар көптіктері автоматты түрде проективті сорттар болып табылады. Шинг Тунг Яу Калаби болжамын дәлелдеді: ампли канондық бундельі бар әрбір тегіс проективті сорттың Келер–Эйнштейн метрикасы (тұрақты теріс Риччи қисықтығымен) бар, ал әрбір Калаби–Яу көптігінің Келер–Эйнштейн метрикасы (нөлдік Риччи қисықтығымен) бар. Бұл нәтижелер алгебралық сорттарды жіктеу үшін маңызды, сондай-ақ ампли канондық бундельі бар сорттар үшін Мияока–Яу теңсіздігі және Калаби–Яу көптіктері үшін Бовиль–Богомолов ыдырауы сияқты қолданыстарға ие. Керісінше, әрбір тегіс Фано сортының Келер–Эйнштейн метрикасы болмайды (ол тұрақты оң Риччи қисықтығына ие болар еді). Алайда, Сюйсионг Чен, Саймон Дональдсон және Сонг Сун Яу–Тян–Дональдсон болжамын дәлелдеді: тегіс Фано сортының Келер–Эйнштейн метрикасы бар, егер ол K-тұрақты болса ғана, бұл таза алгебралық-геометриялық шарт. Келер–Эйнштейн метрикасының болуы мүмкін емес жағдайларда, тұрақты скалярлық қисықтыққа ие Келер метрикасы және экстремалды Келер метрикасын қоса алғанда, жеңіл жалпылауларды зерттеуге болады. Келер–Эйнштейн метрикасының болуы мүмкін болғанда, осы кеңейтілген жалпылаулар автоматты түрде Келер–Эйнштейн болып табылады.

Голоморфты қима қисығы

Риман көптігі X-тің Евклид кеңістігіндегі стандартты метрикадан ауытқуы қималық қисықтықпен өлшенеді, ол X-тің тангенциалды кеңістігіндегі кез келген нақты 2 жазықтығына сәйкес келетін нақты сан. Мысалы, CPn-нің стандартты метрикасының қималық қисықтығы (n ≥ 2) әрбір нүктеде 1/4 пен 1 аралығында өзгереді. Гермиттік көптік үшін (мысалы, Кэлер көптігі), голоморфты қималық қисықтық – тангенциалды кеңістіктегі кешенді түзулермен шектелген қималық қисықтық. Бұл CPn-нің кез келген жерде 1-ге тең голоморфты қималық қисықтығына ие екенін көрсетеді. Басқа жағынан, Cn-дегі ашық бірлік шар толық Кэлер метрикасына ие, оның голоморфты қималық қисықтығы -1-ге тең. (Бұл метрика бойынша шар кешенді гиперболалық кеңістік деп те аталады.) Голоморфты қималық қисықтық негізгі кешенді көптіктің кешенді геометриясымен тығыз байланысты. Ахлфорс-Шварц леммасының қарапайым салдары ретінде, егер көптік теріс голоморфты қималық қисықтығы (теріс тұрақтымен шектелген) бар Гермиттік метрикаға ие болса, онда ол Броди гиперболалық болады (яғни, кез келген голоморфты бейнелеу тұрақты). Егер X компакт болса, онда бұл көптіктің Кобаяси гиперболалық болуымен тең. Екінші жағынан, егер Kähler метрикасы оң голоморфты қималық қисықтығына ие болса, онда Ян Сяокуи X-тің рационалды түрде байланысты екенін көрсетті. Кешенді геометрияның ерекше ерекшелігі – голоморфты қималық қисықтық кешенді субкөптіліктерде кемиді. (Осыған ұқсас нәрсе голоморфты екі қималық қисықтық сияқты жалпы ұғымға да қатысты.) Мысалы, Cn-нің кез келген кешенді субкөптігі (Cn-нен туындаған метрикасы бар) голоморфты қималық қисықтығы ≤ 0-ге ие. Гермиттік көптіктер арасындағы голоморфты бейнелеулер үшін голоморфты қималық қисықтық Шварц леммасының екінші реттік бағалауында пайда болатын мақсатты қисықтық терминін басқару үшін жеткілікті емес. Бұл Ян Сяокуи мен Фаньян Чжэн енгізген нақты екі қималық қисықты қарастыруға себеп болды. Бұл Ман Чун Ли мен Джеффри Стритстің жұмыстарында да кешенді қисықтық операторы деген атпен кездеседі.

Мысалдар

Күрделі кеңістік Cn стандартты гермиттік метрикасымен Кэлер көптігі болып табылады. Cn/Λ (Λ толық тор) компактты кешенді тор Cn-дегі Евклидтік метрикадан жазық метриканы мұра етеді, сондықтан ол компактты Кэлер көптігі болып табылады. Бағдарланған 2-массивтегі кез келген Риман метрикасы Кэлер болып табылады. (Шындығында, оның голономиялық тобы айналу тобы SO(2)-ге кіреді, ол бірлік тобы U(1)-ге тең.) Атап айтқанда, бағдарланған Риман 2-массиві канондық түрде Риман беті болып табылады; бұл изотермиялық координаттардың болуы деп аталады. Керісінше, әрбір Риман беті Кэлер болып табылады, өйткені кез келген гермиттік метриканың Кэлер формасы өлшемдік себептермен жабық. Комплексті проективті кеңістік CPn-де Fubini–Study метрикасы деп аталатын Кэлер метрикасының стандартты таңдауы бар. Бір сипаттама стандартты гермиттік пішінді сақтайтын Cn+1 сызықтық автоморфизмдерінің тобы U(n + 1) бірлік тобын қамтиды. Fubini–Study метрикасы – CPn-де U(n + 1) әрекетіне қатысты (оң еселікке дейін) бірегей Риман метрикасы. CPn-нің табиғи жалпыламасы компакт типтегі гермиттік симметриялық кеңістіктер, мысалы, Грассманндықтар арқылы беріледі. Компакт типтегі гермиттік симметриялық кеңістіктегі табиғи Кэлер метрикасының қималық қисықтығы ≥ 0 болады. Кэлер көптігінің күрделі субкөптігіндегі индукцияланған метрика Кэлер болып табылады. Атап айтқанда, кез келген Штайн көптігі (Cn-ге енгізілген) немесе тегіс проективті алгебралық сорт (CPn-ге енгізілген) Кэлер болып табылады. Бұл үлкен мысалдар класы. Cn-дегі ашық бірлік шар B Бергман метрикасы деп аталатын толық Кэлер метрикасына ие, оның голоморфты қималық қисықтығы −1-ге тең. Шардың табиғи жалпыламасы гермиттік симметриялық кеңістіктермен беріледі. Кез келген гермиттік симметриялық X кеңістігі тығыз емес типтегі Cn-дегі шектелген доменге изоморфты, ал X-тың Бергман метрикасы қималық қисықтығы ≤ 0 болатын толық Кэлер метрикасы болып табылады. Әрбір K3 беті Кэлер болып табылады (Siu бойынша).