En la teoría de la homotopía , una rama de la topología algebraica , un sistema de Postnikov (o torre de Postnikov ) es una forma de descomponer un espacio topológico filtrando su tipo de homotopía . Para un espacio , esta es una lista de espacios donde
y una serie de mapas que son fibraciones con espacios de Eilenberg-MacLane como fibras. En resumen, estamos descomponiendo el tipo de homotopía de usando un sistema inverso de espacios topológicos cuyo tipo de homotopía en grado coincide con el tipo de homotopía truncado del espacio original . Los sistemas de Postnikov fueron introducidos por Mikhail Postnikov y reciben su nombre de él .
Existe una construcción similar llamada torre de Whitehead (definida a continuación) donde, en lugar de tener espacios con el tipo de homotopía de para grados , estos espacios tienen grupos de homotopía nulos para .
Definición
Un sistema de Postnikov de un espacio conexo por caminos es un sistema inverso de espacios.
con una secuencia de mapas compatibles con el sistema inverso tal que
- El mapa induce un isomorfismo para cada .
- para . [ 1 ] : 410
- Cada mapa es una fibración , y por lo tanto la fibra es un espacio de Eilenberg-MacLane , .
Las dos primeras condiciones implican que también es un -espacio. De forma más general, si es -conexo, entonces es un -espacio y todos los para son contraíbles . Nótese que la tercera condición solo la incluyen opcionalmente algunos autores.
Existencia
Los sistemas de Postnikov existen en complejos CW conectados , [ 1 ] : 354 y hay una débil equivalencia de homotopía entre y su límite inverso , por lo que
- ,
demostrando que es una aproximación CW de su límite inverso. Se pueden construir en un complejo CW eliminando iterativamente grupos de homotopía. Si tenemos un mapa que representa una clase de homotopía , podemos tomar el empuje a lo largo del mapa frontera , eliminando la clase de homotopía. Para este proceso se puede repetir para todo , dando un espacio que tiene grupos de homotopía nulos . Usando el hecho de que se puede construir a partir eliminando todos los mapas de homotopía , obtenemos un mapa .
Propiedad principal
Una de las principales propiedades de la torre de Postnikov, que la hace tan poderosa para estudiar al calcular la cohomología, es el hecho de que los espacios son homotópicos a un complejo CW que difiere de solo por celdas de dimensión .
Clasificación homotópica de las fibraciones
La secuencia de fibraciones [ 2 ] tiene invariantes definidos homotópicamente, lo que significa que las clases de homotopía de los mapas dan un tipo de homotopía bien definido . La clase de homotopía de proviene de observar la clase de homotopía del mapa clasificador para la fibra . El mapa clasificador asociado es
- ,
por lo tanto la clase de homotopía se clasifica mediante una clase de homotopía
llamado el n -ésimo invariante de Postnikov de , ya que las clases de homotopía de mapas a espacios de Eilenberg-Maclane dan cohomología con coeficientes en el grupo abeliano asociado .
Secuencia de fibras para espacios con dos grupos de homotopía no triviales
Uno de los casos especiales de la clasificación homotópica es la clase homotópica de espacios tales que existe una fibración.
dando un tipo de homotopía con dos grupos de homotopía no triviales, , y . Entonces, a partir de la discusión anterior, el mapa de fibración da una clase de cohomología en
- ,
lo cual también puede interpretarse como una clase de cohomología de grupo . Este espacio puede considerarse un sistema local superior .
Ejemplos de torres Postnikov
Torre de Postnikov de un K ( G , n )
Uno de los casos conceptualmente más simples de una torre de Postnikov es el del espacio de Eilenberg-Maclane . Esto da como resultado una torre con
Torre Postnikov de S 2
La torre de Postnikov para la esfera es un caso especial cuyos primeros términos pueden entenderse explícitamente. Dado que tenemos los primeros grupos de homotopía a partir de la conexidad simple de , la teoría del grado de las esferas y la fibración de Hopf , que dan para , entonces
Luego , y proviene de una secuencia de retroceso.
que es un elemento en
- .
Si esto fuera trivial, implicaría . ¡Pero este no es el caso! De hecho, esto es responsable de por qué los grupoides de infinito estricto no modelan tipos de homotopía. [ 3 ] Calcular este invariante requiere más trabajo, pero se puede encontrar explícitamente. [ 4 ] Esta es la forma cuadrática en que proviene de la fibración de Hopf . Nótese que cada elemento en da un 3-tipo de homotopía diferente.
Grupos homotópicos de esferas
Una aplicación de la torre de Postnikov es el cálculo de grupos de homotopía de esferas . [ 5 ] Para una esfera de -dimensiones podemos usar el teorema de Hurewicz para demostrar que cada es contraíble para , ya que el teorema implica que los grupos de homotopía inferiores son triviales. Recordemos que existe una sucesión espectral para cualquier fibración de Serre , como la fibración
- .
Entonces podemos formar una secuencia espectral homológica con términos -
- .
Y el primer mapa no trivial a ,
- ,
escrito de forma equivalente como
- .
Si es fácil calcular y , entonces podemos obtener información sobre cómo se ve este mapa. En particular, si es un isomorfismo, obtenemos un cálculo de . Para el caso , esto se puede calcular explícitamente usando la fibración de caminos para , la propiedad principal de la torre de Postnikov para (dando , y el teorema del coeficiente universal que da . Además, debido al teorema de suspensión de Freudenthal, esto realmente da el grupo de homotopía estable ya que es estable para .
Tenga en cuenta que se pueden aplicar técnicas similares utilizando la torre de Whitehead (abajo) para calcular y , lo que da como resultado los dos primeros grupos de homotopía estable no triviales de esferas.
Torres de espectros de Postnikov
Además de la clásica torre de Postnikov, existe una noción de torres de Postnikov en la teoría de homotopía estable construida sobre espectros [ 6 ] págs. 85-86 .
Definición
Para un espectro, una torre de Postnikov de es un diagrama en la categoría de homotopía de espectros, , dado por
- ,
con mapas
conmutando con los mapas. Entonces, esta torre es una torre Postnikov si se cumplen las dos condiciones siguientes:
- para ,
- es un isomorfismo para ,
donde se encuentran los grupos homotópicos estables de un espectro. Resulta que todo espectro tiene una torre de Postnikov y esta torre se puede construir utilizando un procedimiento inductivo similar al descrito anteriormente.
Torre Whitehead
Dado un complejo CW , existe una construcción dual de la torre de Postnikov llamada torre de Whitehead . En lugar de eliminar todos los grupos de homotopía superiores, la torre de Whitehead elimina iterativamente los grupos de homotopía inferiores. Esto viene dado por una torre de complejos CW,
- ,
dónde
- Los grupos de homotopía inferiores son cero, por lo que para .
- El mapa inducido es un isomorfismo para .
- Los mapas son fibraciones con fibra .
Trascendencia
Nótese que es la cubierta universal de ya que es un espacio de cobertura con una cubierta simplemente conectada. Además, cada una es la cubierta universal -conectada de .
Construcción
Los espacios en la torre de Whitehead se construyen inductivamente. Si construimos eliminando los grupos de homotopía superiores en , [ 7 ] obtenemos una incrustación . Si dejamos
para algún punto base fijo , entonces el mapa inducido es un fibrado con fibra homeomorfa a
- ,
y así tenemos una fibración de Serre
- .
Utilizando la sucesión exacta larga en la teoría de homotopía, tenemos que para , para , y finalmente, existe una sucesión exacta.
- ,
donde si el morfismo central es un isomorfismo, los otros dos grupos son cero. Esto se puede comprobar observando la inclusión y notando que el espacio de Eilenberg-Maclane tiene una descomposición celular.
- ; de este modo,
- ,
dando el resultado deseado.
Como una fibra homotópica
Otra forma de ver los componentes de la torre de Whitehead es como una fibra homotópica . Si tomamos
Desde la torre Postnikov, obtenemos un espacio que tiene
Torre de espectros de Whitehead
La noción dual de la torre de Whitehead puede definirse de manera similar utilizando fibras de homotopía en la categoría de espectros. Si dejamos
Entonces esto se puede organizar en una torre dando cubiertas conectadas de un espectro. Esta es una construcción ampliamente utilizada [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] en la teoría del bordismo porque las cubiertas del espectro de cobordismo no orientado dan otras teorías del bordismo [ 10 ].
como el bordismo de cuerdas .
Torre de Whitehead y teoría de cuerdas
En geometría de espín, el grupo se construye como la cubierta universal del grupo ortogonal especial , por lo que es una fibración, dando el primer término en la torre de Whitehead. Hay interpretaciones físicamente relevantes para las partes superiores de esta torre, que se pueden leer como
donde es la cubierta -conectada de llamada grupo de cuerdas , y es la cubierta -conectada llamada grupo de cincobranas . [ 11 ] [ 12 ]
Véase también
- secuencia espectral de Adams
- espacio de Eilenberg-MacLane
- complejo CW
- Teoría de la obstrucción
- Teoría de homotopía estable
- Grupos homotópicos de esferas
- Grupo superior
- Teorema de Hopf-Whitney , aplicación al cálculo de clases de homotopía
Referencias
- 1 2 Hatcher, Allen . Topología algebraica (PDF) .
- ↑ Kahn, Donald W. (1963-03-01). "Mapas inducidos para sistemas de Postnikov" (PDF) . Transactions of the American Mathematical Society . 107 (3): 432– 450. doi : 10.1090/s0002-9947-1963-0150777-x . ISSN 0002-9947 .
- ↑ Simpson, Carlos (1998-10-09). "Tipos de homotopía de 3-grupoides estrictos". arXiv : math/9810059 .
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- Determinación de los grupos de segunda homología y cohomología de un espacio mediante invariantes de homotopía : ofrece ejemplos accesibles de invariantes de Postnikov.
- Hatcher, Allen (2002). Topología algebraica . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-79540-1.
- Zhang. "Torres de Postnikov, torres de Whitehead y sus aplicaciones (notas manuscritas)" (PDF) . www.math.purdue.edu . Archivado del original (PDF) el 13 de febrero de 2020.
- teoría de la homotopía