В математике , особенно в симплектической геометрии , отображение импульса (или отображение момента [1] ) - это инструмент, связанный с гамильтоновым действием группы Ли на симплектическом многообразии , используемый для построения сохраняющихся величин для действия. Карта импульса обобщает классические понятия линейного и углового момента . Это важный компонент в различных конструкциях симплектических многообразий, включая симплектические ( Марсдена – Вайнштейна ) факторы , обсуждаемые ниже, и симплектические разрезы.и суммы .
Формальное определение [ править ]
Пусть M - многообразие с симплектической формой ω. Предположим, что группа Ли G действует на M посредством симплектоморфизмов (т. Е. Действие каждого g в G сохраняет ω). Пусть - алгебра Ли группы G , ее двойственной и
спаривание между ними. Любой ξ в индуцирует векторное поле ρ (ξ) на M, описывающее бесконечно малое действие ξ. Точнее, в точке x из M вектор равен
где это экспоненциальное отображение и обозначает G -действие на М . [2] Обозначим через сжатие этого векторного поля с ω. Поскольку G действует симплектоморфизмами, отсюда следует, что она замкнута (для всех ξ in ).
Предположим , что это не только закрыты , но и точно, так что для некоторой функции . Предположим также, что отправка отображения является гомоморфизмом алгебр Ли. Тогда отображение импульса для G -действия на ( M , ω) - это такое отображение , что
для всех ξ в . Вот функция от M до R, определяемая . Карта импульса определяется однозначно с точностью до аддитивной постоянной интегрирования.
Часто требуется, чтобы отображение импульса было G -эквивариантным, где G действует посредством коприсоединенного действия . Если группа компактна или полупроста, то всегда можно выбрать константу интегрирования так, чтобы отображение момента было коприсоединенным эквивариантным. Однако в общем случае коприсоединенное действие должно быть изменено, чтобы сделать отображение эквивариантным (это имеет место, например, для евклидовой группы ). Модификация осуществляется 1- коциклом на группе со значениями в , как впервые описано Souriau (1970).
Действия гамильтоновой группы [ править ]
Определение отображения момента требует , чтобы быть закрыты . На практике полезно сделать еще более сильное предположение. G -действие называется гамильтоновой , если и только если выполнены следующие условия. Во-первых, для каждого ξ в одной форме является точным, что означает, что он равен для некоторой гладкой функции
Если это так, то можно выбрать, чтобы сделать карту линейной. Второе требование для гамильтоновости G -действия состоит в том, чтобы отображение было гомоморфизмом алгебры Ли из в алгебру гладких функций на M под скобкой Пуассона .
Если действие G на ( M , ω) гамильтоново в этом смысле, то отображение импульса - это такое отображение , что запись определяет гомоморфизм алгебр Ли, удовлетворяющий . Вот векторное поле гамильтониана , определяемое формулой
Примеры карт импульса [ править ]
В случае гамильтонова действия окружности дуальная алгебра Ли естественным образом отождествляется с ней , а отображение импульса - это просто гамильтонова функция, которая порождает действие окружности.
Другой классический случай имеет место , когда это кокасательное расслоение из и является евклидовой группой , порожденные вращениями и переводами. То есть, это шесть-мерная группа, то полупрямое произведение из и . Шесть компонентов карты импульса - это три момента импульса и три момента импульса.
Позвольте быть гладким многообразием и пусть быть его кокасательным расслоением с отображением проекции . Обозначим через тавтологическую 1-форму на . Допустим действует на . Индуцированное действие на симплектическое многообразие , задаваемое для, является гамильтоновым с отображением импульса для всех . Здесь обозначает сжатие векторного поля , бесконечно малое действие , с 1-формой .
Факты, упомянутые ниже, могут быть использованы для создания дополнительных примеров карт импульса.
Некоторые факты о картах импульса [ править ]
Пусть - группы Ли с алгебрами Ли соответственно.
1. Позвольте быть коприсоединенной орбитой . Тогда существует единственная симплектическая структура на такой, что отображение включения является отображением импульса.
2. Пусть действует на симплектическом многообразии с отображением импульса для действия и является гомоморфизмом группы Ли, индуцирующим действие on . Тогда действие on также является гамильтоновым, с отображением импульса, заданным как , где - двойное отображение на ( обозначает единичный элемент ). Особый интерес представляет случай, когда является подгруппой Ли и является отображением включения.
3. Пусть - гамильтоново -многообразие и гамильтоново -многообразие. Тогда естественное действие on является гамильтоновым, причем отображение импульса представляет собой прямую сумму двух отображений импульса и . Здесь , где обозначает карту проекции.
4. Пусть - гамильтоново -многообразие и подмногообразие, инвариантное относительно такое, что ограничение симплектической формы на на невырождено. Это естественным образом придает симплектическую структуру . Тогда действие on также является гамильтоновым, с отображением импульса - композицией отображения включения с отображением импульса.
Симплектические частные [ править ]
Предположим, что действие компактной группы Ли G на симплектическом многообразии ( M , ω) гамильтоново, как определено выше, с отображением импульса . Из гамильтонового условия следует , что инвариантное относительно G .
Предположим теперь, что 0 - регулярное значение μ и что G действует свободно и правильно . Таким образом, и его фактор - оба многообразия. Фактор наследует симплектическую форму от M ; то есть, существует единственная симплектическая форма на факторе которого откат к равно ограничение со к . Таким образом, фактор является симплектическим многообразием, называется фактор - Марсдена-Вайнштейна , симплектический фактор или симплектическими сокращение из M с помощью G и обозначается . Его размерность равна размерности M минус удвоенная размерность G. .
Плоские соединения на поверхности [ править ]
Пространство связностей на тривиальном расслоении на поверхности имеет бесконечномерную симплектическую форму
Калибровочная группа действует на связности сопряжением . Идентифицируйте через интеграционную пару. Тогда карта
который отправляет соединение своей кривизне, является картой моментов для действия калибровочной группы на связях. В частности, пространство модулей плоских связностей по модулю калибровочной эквивалентности задается симплектической редукцией.
См. Также [ править ]
- Коэффициент GIT
- Квантование коммутирует с редукцией .
- Группа Пуассона – Ли
- Торическое многообразие
- Геометрическая механика
- Карта Кирвана
- Теорема Костанта о выпуклости
Заметки [ править ]
- ^ Карта моментов неправильно и физически некорректна. Это ошибочный перевод французского момента применения понятия. См. Этот вопрос с математическим потоком, чтобы узнать историю названия.
- ^ Векторное поле ρ (ξ) иногда называют векторным полем Киллинга относительно действия однопараметрической подгруппы, порожденной ξ. См., Например, ( Choquet-Bruhat & DeWitt-Morette 1977 )
Ссылки [ править ]
- Ж.-М. Сурьяу, Структура динамических систем , Математические методы , Данод , Париж, 1970. ISSN 0750-2435 .
- С. К. Дональдсон и П. Б. Кронхеймер, Геометрия четырехмерных многообразий , Oxford Science Publications, 1990. ISBN 0-19-850269-9 .
- Дуса Макдафф и Дитмар Саламон, Введение в симплектическую топологию , Oxford Science Publications, 1998. ISBN 0-19-850451-9 .
- Шоке-Брюа, Ивонн ; ДеВитт-Моретт, Сесиль (1977), Анализ, многообразия и физика , Амстердам: Elsevier, ISBN 978-0-7204-0494-4
- Ортега, Хуан-Пабло; Ратиу, Тудор С. (2004). Отображения импульса и гамильтонова редукция . Успехи в математике. 222 . Birkhauser Boston. ISBN 0-8176-4307-9.
- Audin, Michèle (2004), Действия тора на симплектических многообразиях , Progress in Mathematics, 93 (второе исправленное издание), Birkhäuser, ISBN 3-7643-2176-8
- Гийемен, Виктор ; Штернберг, Шломо (1990), Симплектические методы в физике (второе изд.), Cambridge University Press, ISBN 0-521-38990-9
- Вудворд, Крис (2010), Отображения моментов и геометрическая теория инвариантов , Les Cours du CIRM, 1 , EUDML, стр. 55–98, arXiv : 0912.1132 , Bibcode : 2009arXiv0912.1132W
- Брюгьер, Ален (1987), " Собственность выпуклого момента приложения" (PDF) , Astérisque , Séminaire Bourbaki, 145–146: 63–87