Kaku_M._Vvedenie_v_teoriju_superstrun
.pdf510 Гл. 11. Пространства КалабиЯу и орбиобразия
Таким образом, эйлерова характеристика замкнутой римановой поверхности равна
Х(М)= 1 -2д+ 1 = 2 - 2 0 . |
(11.3.28) |
(3) W-сфера
Циклы на сфере SN, конечно, всегда могут быть стянуты в точку. Поэтому на SN не существует независимых циклов. Следовательно,
|
(11.3.29) |
L bp = 0 в остальных случаях. |
|
Для эйлеровой характеристики получаем |
|
f 0, если N четно, |
|
Н L'2, еслиыN нечетно. |
(П.3.30) |
В частности, поскольку |
|
T2 = SlxS1, |
(11.3.31) |
можно использовать правило произведения эйлеровых характеристик и показать, что эйлерова характеристика тора равна
l(T2) = l(Sl)2 = 0, |
(11.3.32) |
что согласуется с приведенным выше вычислением.
(4) Произведение сфер
Используя (11.3.24), можно показать, что для произведения S3 х 53
числа Бетти суть
Ь0 |
= Ь6 = |
\ , |
S^ х S,: i b3 |
= 2, |
(11.3.33) |
bp = 0 в остальных случаях.
Мы находим, что эйлерова характеристика равна нулю, как и следовало
ожидать, поскольку эйлерова характеристика трехмерной сферы также равна нулю:
l(S3xS3) = x(S3)xx(S3) = 0. |
(11.3.34) |
Аналогично можно взять произведение S2 х S2 х S2, числа Бетти
которого равны
= Ь6 = 1, |
|
S2 х S2 х S2: ^ b2 = b, = 3, |
(11.3.35) |
bp = 0 в остальных случаях.
|
§ 11.3. Когомологии и гомологии |
511 |
Для эйлеровой характеристики получаем |
|
|
X(S2 xS2x |
S2) = x(S2)3 = 8. |
(11.3.36) |
|
(5) Четырехмерный тор |
|
Можно представить 4-мерный тор как |
|
|
Г4=Г2х |
Т2. |
(11.3.37) |
В качестве простого упражнения можно показать, что формула Кюннета (11.3.24) для произведения многообразий дает
Ь0 = Ь4 = 1, |
(11.3.38) |
bx=b3 = 4, |
|
Ъ2 = 6. |
|
Подставляя полученные числа Бетти в формулу для эйлеровой характеристики, находим
Х(Т*) = Х ( Т 2 |
) Х ( Т=2 )0, |
(11.3.39) |
как и следовало ожидать. |
|
|
|
(6) Шестимерный тор |
|
Для шестимерного тора Т6 имеем |
|
|
Т6 = Т2хТ2х |
Т2. |
(11.3.40) |
Поэтому мы можем использовать формулу Кюннета для нахождения чисел Бетти произведения многообразий. Легко показать, что
^о = b6 = 1,
= Ь5 = 6, |
(11.3.41) |
b2 = bt = 15, |
|
b3 = 20. |
|
Отсюда получаем, что эйлерова характеристика равна нулю: |
|
Х(Т6) = 0. |
(11.3.42) |
Это следует также и из того факта, что каждый цикл в Т6 имеет нулевую
эйлерову характеристику. Используя сформулированные выше простые правила, можно легко получить числа Бетти для TN.
512 |
Гл. |
11. Пространства КалабиЯу и орбиобразия |
|
(7) Вещественное и комплексное проективные пространства |
|
|
Пространство |
CPN получается, если взять обычное комплексное |
(.N + 1)-мерное пространство и отождествить |
||
|
= |
(11.3.43) |
для некоторого ненулевого комплексного числа X. Это отождествление превращает комплексное (АГ + 1)-мерное пространство в комплексное проективное N-мерное пространство. CPN является обобщением вещественного проективного пространства PN, которое получается после отождествления точек в (AT -h 1)-мерном вещественном пространстве по формуле
хр = кхр |
(11.3.44) |
для некоторого ненулевого вещественного к. Пространство PN можно также получить отождествлением противоположных точек сферы SN. Примерами вещественных и комплексных проективных пространств служат
CP, = S2,
р3 = so (3) = SU(2)/Z2, |
(11.3.45) |
SU(AT + 1) |
|
C F n ~ U(AT) • |
|
Числа Бетти для них будут следующими: |
|
b0=U
PN - < bN = О (АГ четное); =1 (АГ нечетное), |
(11.3.46) |
||
|
b{j = 0 в остальных случаях; |
|
|
%(PN) = 1 (N четное); =0 (АГ нечетное) |
|
||
|
^четное |
1 » |
|
CP»>h |
"нечетное |
-п |
|
|
О . |
|
|
Следовательно, |
|
||
%(CPN) = АГ -h |
1. |
(11.3.47) |
§ 11.4. КЭЛЕРОВЫ МНОГООБРАЗИЯ
До сих пор наше обсуждение касалось в основном вещественных
многообразий. Однако эти результаты довольно легко обобщаются на комплексные многообразия.
Для того чтобы определить АГ-мерное комплексное многообразие,
нам понадобится 2АГ-мерное вещественное многообразие и обобщение
514 Гл. 11. Пространства КалабиЯу и орбиобразия
тоффеля в нуль, что соответствует свободному падению в лифте и от. сутствию гравитации. Но, вообще говоря, мы не можем глобально обратить в нуль символы Кристоффеля, иначе пространство будет плоским, однако в каждой точке многообразия мы можем перейти в систему отсчета, связанную с лифтом.)
На первый взгляд, данное выше определение комплексного многообразия может показаться слишком многословным для столь интуитивного понятия. Однако можно привести примеры 2ЛГ-мерных вещественных многообразий, для которых используемый в определении критерий не выполняется. Например, сферы S2N не являются комплексными многообразиями (за исключением S2, так как S2 = СРД Таким образом,
отнюдь не очевидно, что произвольное 2ЛГ-мерное вещественное многообразие может быть представлено как N-мерное комплексное многообразие.
Обсудим дифференциальные формы на комплексных многообразиях. Комплексифицируем наши базисные дифференциалы следующим обра-
зом: |
|
dzi = dxi + idyj. |
(11.4.7) |
Понятие /7-формы теперь может быть обобщено до понятия (р, ^)-формы
со = (0iJk и Jfk^dz1 A dzi'"dzu A <Ё А |
(11.4.8) |
с р ненадчеркнутыми и q надчеркнутыми индексами. Теперь мы можем
определить две внешние производные:
8 |
. |
|
д(° = 5?®**- Yk ~udZ A dzl "' A ^' |
|
|
dco = ^ldzl%k.JkQdziA...Adz\ |
(11.4.9) |
|
Свойства этих производных таковы: |
|
|
д2 = д2 = 0, |
|
|
дд + дд = 0, |
(11.4.Ю) |
|
d=\(d |
+ d). |
|
Каждая форма теперь характеризуется двумя индексами (р, q). Сле-
довательно, можно определить новую группу когомологий. Вместо когомологий де Рама, строящихся с помощью оператора d, мы^уДе1^ иметь дело с когомологиями Дольбо, использующих оператор д. Ка*
и прежде, можно определить замкнутые и точные (р, </)-формы, используя д вместо d:
Нр* ( М ) = ^-замкнутая (р, ?)-форма |
(11.4.10 |
^-точная (р, #)-форма |
|
518 |
Гл. 11. Пространства КалабиЯу и орбиобразия |
Кэлеровость римановых поверхностей очевидна, так как любая 2-форма на римановой поверхности, включая и кэлерову 2-форму, является замкнутой.
(2) Комплексное JV-мерное пространство
Очевидно, что комплексное N -мерное пространство Ljy кэлерово, так
как его стандартная билинейная форма
ds2 = Yj\dzi\2 |
(11.4.30) |
t |
|
всегда может быть приведена к кэлерову виду.
(3) Сфера
Заметим, что SN, вообще говоря, не допускает кэлеровой метрики. Это связано с тем, что числа Бетти четной степени b2p для р, равного
ненулевому целому числу, обычно все равны нулю. Следовательно, они не могут быть больше или равны единице, что было одним из необходимых условий для кэлеровых многообразий. Исключением служит двумерная сфера S2, которая не имеет ненулевых чисел Бетти четной
степени. Чтобы показать, что два-сфера допускает кэлерову метрику, заметим, что S2 имеет квадрат элемента длины следующего вида:
(\+х2+ у2)2
Если переписать это в комплексной форме, то мы можем записать кэлерову форму в виде
0 = 12 (1 + zz) (11.4.32)
Эта кэлерова форма точна, и, следовательно, S2 допускает кэлерову метрику. Хотя S2 и является кэлеровым многообразием, нетрудно показать, что Сх ф 0, и поэтому S2 не является риччи-плоским многооб-
разием.
Заметим, что Sp х Sq- комплексное многообразие, если р и q- нечетные числа. Однако это не означает, что многообразия Sp х Sq кэлеровы. Действительно, S3 х S3 и St х S5 - комплексные многообразия, но они не являются кэлеровыми. A S3 х S3 х S3 - кэлерово (но не
(4) Комплексное проективное N-мерное пространство
Для доказательства кэлеровости пространства CPN заметим, что его метрика может быть записана как метрика Фубини-Штуди на CPn-
Q=l-idd ln ( l + Ь ' У ) . |
(11АЗЗ) |
§ 11.4. Кэлеровы многообразия |
519 |
(5) Комплексные подмногообразия в CP*
Легко видеть, что комплексные подмногообразия в CPN также являются кэлеровыми многообразиями. Фактически для подмногообразий мы используем метрику, определенную для CPN, выбирая только те компоненты метрического тензора, индексы которых пробегают касательное к подмногообразию пространство. Поскольку исходная метрика кэлерова, метрика на подмногообразии (совпадающая с исходной) также должна быть кэлеровой.
(6) Торы
Двумерный тор Т2 имеет равный нулю первый класс Черна: сг = 0.
Можно также показать, что четырехмерный тор Т4 кэлеров. И, наконец, можно показать, что шестимерный тор Т6 одновременно является
кэлеровым и риччи-плоским. Таким образом, компактификации на шестимерный тор, похоже, обладает тем желательным свойством, что (N — 1)-суперсимметрия сохраняется. Однако недостатком шестимерно-
го тора является сохранение слишком большого числа симметрий.
Действительно, |
на Т6 |
сохраняется (N = 4)-суперсимметрия, что делает |
|||||
его неприемлемым с точки зрения феноменологии. |
|
|
|||||
Соберем некоторые из полученных выше результатов в таблицу: |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Многообразие |
Комплексное |
Кэлерово |
Л-кэлерово |
X |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S2 |
|
Да |
Да |
Нет |
2 |
|
|
|
1 |
Нет |
Нет |
Нет |
0 |
|
|
$2п+2 |
Нет |
Нет |
Нет |
2 |
|
|
|
(S3)2 |
|
Да |
Нет |
Нет |
0 |
|
|
S, X S5 |
Да |
Нет |
Нет |
0 |
|
|
|
(S2)3 |
|
Да |
Да |
Нет |
8 |
|
|
x |
^2и+ 1 |
Да |
Да |
Да |
0 |
|
|
т2 |
|
Да |
Да |
Да |
0 |
|
|
Т6 |
|
Да |
Да |
Да |
0 |
|
|
СР3 |
|
Да |
Да |
Нет |
4 |
|
|
СРМ |
|
Да |
Да |
— |
М + 1 |
|
Здесь Л-кэлерово означает риччи-плоское и кэлерово, % равно эйлеровой характеристике и п = 1, 2, 3, ....
Отметим, что условие равенства нулю тензора Риччи налагает Дополнительные ограничения на кэлерово многообразие. Например, кэлерово многообразие комплексной размерности три имеет сх = 0 тогда и только тогда, когда на нем существует ковариантно постоянная Ненулевая голоморфная три-форма со. Это доказывает, в частности, что
х S2 х S2 не допускает риччи-плоской кэлеровой метрики. (Мы знаем,
что это многообразие имеет Ь3 = 0. Значит, по определению на нем не существует гармонических три-форм. Но это также означает, что не