所谓纤维丛的截面就是每一根纤维上拿一点(一个值)来拼出来的东西。是平面曲线y=f(x)的推广
非欧空间简单讲就是一个到处充满奸商政痞地头蛇的国度,尺度和时间或物价等标准(数学家叫度规)由这些地头蛇制订。经历千万年演化,这些地头蛇现在都成了蛇精,变态已极,弄得流形上每一点都有其自己的度规标准,成语"点化成精"得改成"精化成点"。对于一个生活在这个国度的人而言,弄清各个地头蛇之度量时间标准之兑换率是至关重要的,这个兑换率就叫做联络(系数)。有人可能会讲,度规确定联络系数,简直是一句废话,纽约(N)一美元是波士顿(B)的95美分,联络系数当然是L_{NB}=1.05或L_{BN}=0.95。大体没错。不过,你们可能还不知道这些地头蛇有多么无耻变态,原来,"上海的1尺是广州的9寸"只是一个大体的说法。地头蛇说,真正的兑换率还要看你的尺子是朝南北方向量,还是沿东西方向量,还是朝民主街方向量,还是朝自由大道方向量....也就是度规还与方向有关。还有比这更黑心变态的地头蛇吗?那种国度最后被上帝警告惩罚,地头蛇稍有收敛,将同一位置不同方向的度规兑换率用一个简单函数约束。只要知道三个互相垂直方向的两两兑换率(对三维流形总共是9个,对吧?)就可以知道任意方向的兑换率。这9个值就是度规张量。不同地方的度规张量之间的转换(联络系数)也可以决定:度规-->联络-->曲率(后面细讲)。
这里我们也看到一个数学与物理、化学和生物的范式对应:线段、长方形和长方体就是数学里的原子、分子和微晶,由此堆集出千千万万的流形(包括纤维丛)。
休息完,继续爬。
底流形上的转换函数之非平庸由结构群描述。例如,Mobius带,我们注意到平面与弯折纸带可能有整体的差异。这是什么意思呢?从纸带上垂直于纸面放一根铅笔,当他沿纸带走一圈回来时,平庸情形没有变化,但在扭曲带上走时会反向。的结构群为{1,-1},-1出现在反向黏贴的那个地方。
类似地,纤维也有"转换函数"的对应物,由叫和乐群的东西描述。再看Mobius带。现在,不同于平庸情形的"相邻直线或纤维完全等价",相邻"直线"满足特定的转换关系(这就是称为"局部规范变换"的东西)。和乐群归根到底由结构群决定。
对于一个普通的黎曼流形而言,休息时提了,流形的度规张量完全决定联络系数。而对于一个纤维丛而言,底流形的度规张量加上纤维的holonomy群才能决定联络。底流形上完成一个循环时纤维空间可能没有回归原状,和乐群是指纤维变化的变换群。
细心的朋友可能会说,你讲的所谓整体差异还不是那些局部差异(规范变换)积累起来的吗?铅笔指向在扭曲带上走一圈出现倒向还不是他在走的过程中慢慢逐步积累起来的?太对了。把这句话将得更清楚一点,就是给一批大师赢来功名利禄的东西。包括陈大师省身先生。即所谓的"将整体不变量用某些局部性质的积分表示"。别急,这个东西我们后面也要把他弄得清清楚楚明明白白。
至此,看官自己就可以给纤维丛下定义了。需要的东西为:底空间,纤维空间,转换映像,还有结构群,或简记为E(F,M,π,G)。看官看看时间,您花了多久到这里?数学系本科生四年下来能到达这一步的,罕也,Princeton,Oxford不例外。
好,现在讲一讲切丛,他是最常见的也是最重要的纤维丛。过底空间上每一点可以画出无限多条切线,构成切平面。因此可以将切平面当作纤维与底空间合成一个纤维丛,故名切丛。每个切空间也是一个向量空间,故切丛也是向量丛。
于是,我们知道所谓纤维丛的截面就是每一根纤维上拿一点(一个值)来拼出来的东西。是平面曲线y=f(x)的推广。
