Гипотеза зеркальной симметрии - Mirror symmetry conjecture

В математике зеркальная симметрия предположительная связь между определенными Многообразия Калаби – Яу. и сконструированный «зеркальный коллектор». Гипотеза позволяет связать количество рациональные кривые на многообразии Калаби-Яу (кодируется как Инварианты Громова – Виттена. ) в интегралы из семейства разновидностей (кодируемых как интегралы по периодам на вариация структур Ходжа ). Короче говоря, это означает, что существует связь между количеством родов алгебраические кривые степени на разновидности Калаби-Яу и интегралы на двойственном многообразии . Эти отношения были впервые открыты Канделасом, Де ла Осса, Грином и Парксом.[1] в статье, посвященной общему пятикратный тройной в как разновидность и конструкция[2] из квинтики Семья Дворк давая . Вскоре после, Шелдон Кац написал итоговую статью[3] описывая часть их конструкции и предполагая, какой могла бы быть строгая математическая интерпретация.

Построение пятого тройного зеркала

Первоначально конструкция зеркальных многообразий была открыта с помощью специальной процедуры. По сути, к универсальному пятикратный тройной должно быть связано однопараметрическое семейство Калаби-Яу коллекторы который имеет несколько особенностей. После взрыв эти особенности, они разрешены и новое многообразие Калаби-Яу был построен. на котором был перевернутый алмаз Ходжа. В частности, есть изоморфизмы

но самое главное есть изоморфизм

где теория струн ( Модель из ) для государств в заменяется теорией струн ( B-модель из ) с состояниями в . Теория струн в A-модели зависела только от кэлеровой или симплектической конструкции на в то время как B-модель зависит только от сложной структуры на . Здесь мы обрисовываем исходную конструкцию зеркальных многообразий и рассматриваем теоретические основы теории струн и гипотезу о зеркальных многообразиях в следующем разделе этой статьи.

Комплексные модули

Напомним, что общий пятикратный тройной[2][4] в определяется однородный многочлен степени . Этот многочлен эквивалентно описывается как глобальная секция линейный пакет .[1][5] Обратите внимание, что векторное пространство глобальных секций имеет размерность

но есть две эквивалентности этих многочленов. Во-первых, полиномы при масштабировании алгебраический тор [6] (ненулевые скейлеры базового поля) с учетом эквивалентных пространств. Во-вторых, проективная эквивалентность задается автоморфизм группа , который размерный. Это дает пространство размерных параметров

поскольку , который можно построить с помощью Геометрическая теория инвариантов. Набор соответствует классам эквивалентности многочленов, которые определяют гладкие квинтические трехмерные многообразия Калаби-Яу в , давая пространство модулей квинтики Калаби-Яу.[7] Теперь, используя Двойственность Серра и тот факт, что каждое многообразие Калаби-Яу имеет тривиальные канонический пакет , пространство деформации имеет изоморфизм

с часть Структура Ходжа на . С использованием Теорема Лефшеца о гиперплоскости единственная нетривиальная группа когомологий - это так как остальные изоморфны . С использованием Эйлерова характеристика и Класс Эйлера, какой высший класс Черна, размерность этой группы . Это потому что

С использованием Структура Ходжа мы можем найти размеры каждого из компонентов. Во-первых, потому что Калаби-Яу, так

давая числа Ходжа , следовательно

задающий размерность пространства модулей многообразий Калаби-Яу. Из-за Теорема Богомолева-Тиан-Тодорова, все такие деформации беспрепятственны, поэтому гладкое пространство на самом деле пространство модулей пятерых трехмерных многообразий. Весь смысл этой конструкции состоит в том, чтобы показать, как комплексные параметры в этом пространстве модулей преобразуются в Kähler параметры зеркального коллектора.

Зеркальный коллектор

Существует выделенное семейство многообразий Калаби-Яу называется Семья Дворк. Это проективная семья

над комплексной плоскостью . Теперь обратите внимание, что существует только одно измерение сложных деформаций этого семейства, происходящее от имеющие разные значения. Это важно, потому что алмаз Ходжа зеркального коллектора имеет

.

Во всяком случае, семья имеет группу симметрии

действуя

Обратите внимание на проективность это причина состояния

Ассоциированное фактормногообразие имеет крепантное разрешение данный[2][5] взорвав особенности

давая новое многообразие Калаби-Яу с параметры в . Это зеркальный коллектор, где каждое число Ходжа равно .

Идеи из теории струн

В теория струн есть класс моделей под названием нелинейные сигма-модели которые изучают семейства карт куда это род алгебраическая кривая и является Калаби-Яу. Эти кривые называются мировые листы и представляют рождение и смерть частицы в виде замкнутой струны. Поскольку со временем струна может разделиться на две или более струны, и в конечном итоге эти струны сойдутся вместе и схлопнутся в конце срока службы частицы, алгебраическая кривая математически представляет это время жизни струны. Для простоты первоначально рассматривались кривые только рода 0, и многие результаты, получившие популярность в математике, были сосредоточены только на этом случае.

Кроме того, в терминологии физики эти теории гетеротические теории струн потому что у них есть суперсимметрия что входит в пару, так что на самом деле существует четыре суперсимметрии. Это важно, поскольку подразумевает наличие пары операторов

действующее в гильбертовом пространстве состояний, но определенное только с точностью до знака. Эта неоднозначность - то, что изначально предполагало физикам, что должна существовать пара многообразий Калаби-Яу, которые имеют теории двойственных струн, которые обменивают эту неоднозначность между собой.

Космос имеет сложную структуру, которая интегрируемый почти сложная структура , и потому что это Кэлерово многообразие в нем обязательно есть симплектическая структура называется Кэлерова форма который может быть усложненный к усложненный Кэлерова форма

который является закрытым -форма, следовательно, его класс когомологий принадлежит

Основная идея гипотез о зеркальной симметрии состоит в изучении деформации, или же модули, сложной структуры и комплексифицированная симплектическая структура таким образом, что эти двое двойной друг другу. В частности, с точки зрения физики[8]стр. 1-2, суперконформная теория поля многообразия Калаби-Яу должно быть эквивалентно дуальной суперконформной теории поля зеркального многообразия . Здесь конформные средства конформная эквивалентность который совпадает с классом эквивалентности сложных структур на кривой .

Существует два варианта нелинейных сигма-моделей, называемых Модель и B-модель которые рассматривают пары и и их модули[9]ch 38 стр 729.

Модель

Корреляционные функции из теории струн

Для данного многообразия Калаби-Яу с комплексным классом Калера нелинейная сигма-модель теории струн должна содержать три поколения частиц, электора, слабый, и сильные ядерные силы[10]стр.27. Чтобы понять, как эти силы взаимодействуют, трехточечная функция, называемая Юкава муфта вводится, который действует как корреляционная функция для государств в . Обратите внимание, что это пространство является собственным подпространством оператора на Гильбертово пространство из состояния для теории струн[8]стр. 3-5. Эта трехточечная функция "вычисляется" как

с помощью Интеграл по путям Фейнмана методы, где - наивное число рациональных кривых с классом гомологии , и . Определение этих числа инстантонов является предметом Теория Громова – Виттена.. Обратите внимание, что в определении этой корреляционной функции она зависит только от класса Калера. Это вдохновило некоторых математиков на изучение гипотетических пространств модулей кэлеровых структур на многообразии.

Математическая интерпретация корреляционных функций А-модели

в Модель соответствующее пространство модулей - это модули псевдоголоморфные кривые[11]стр.153

или пространства модулей Концевича[12]

Эти пространства модулей могут быть снабжены виртуальный фундаментальный класс

или же

который представлен как исчезающее геометрическое место сечения связки, называемой связкой препятствий над пространством модулей. Этот раздел основан на дифференциальном уравнении

что можно рассматривать как возмущение карты . Его также можно рассматривать как Пуанкаре двойственный из Класс Эйлера из если это Векторный набор.

При первоначальной конструкции рассматриваемая A-модель находилась на общей пятой тройной структуре в .[9]

B-модель

Корреляционные функции из теории струн

Для того же многообразия Калаби-Яу в подразделе A-модели есть дуальная суперконформная теория поля, которая имеет состояния в собственном подпространстве оператора . Его трехточечная корреляционная функция определяется как

куда является голоморфной 3-формой на а при бесконечно малой деформации (поскольку - касательное пространство к пространству модулей многообразий Калаби-Яу, содержащее , посредством Карта Кодаира – Спенсер и Теорема Богомолева-Тиан-Тодорова ) существует связь Гаусса-Манина принимая класс в класс, следовательно

может быть интегрирован на . Обратите внимание, что эта корреляционная функция зависит только от сложной структуры .

Другая формулировка связи Гаусса-Манина

Действие классов когомологий на можно также понимать как когомологический вариант интерьерный продукт. Локально класс соответствует коциклу Чеха для какой-то достаточно красивой обложки давая раздел . Затем продукт вставки дает элемент

который можно приклеить обратно в элемент из . Это потому, что на перекрытиях

,

давая

следовательно, он определяет 1-коцикл. Повторение этого процесса дает 3-коцикл

что равно . Это потому, что локально связь Гаусса-Манина действует как внутренний продукт.

Математическая интерпретация корреляционных функций B-модели

Математически B-модель это вариация строений ходжа который изначально был подарен конструкцией от семьи Дворков.

Зеркальная гипотеза

Связывая эти две модели теории струн, разрешая неоднозначность знака для операторов привело физиков к следующей гипотезе[8]стр.22: для многообразия Калаби-Яу должно существовать зеркальное многообразие Калаби-Яу такой, что существует зеркальный изоморфизм

что дает совместимость связанной A-модели и B-модели. Это означает данный и такой, что под зеркальным отображением имеется равенство корреляционных функций

Это важно, поскольку связано с количеством степеней род кривые на пятом многообразии в (так ) к интегралам в одной из разновидностей структур Ходжа. Более того, эти интегралы действительно вычислимы!

Смотрите также

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б Канделас, Филипп; Де Ла Осса, Ксения С .; Грин, Пол С .; Паркс, Линда (1991-07-29). «Пара многообразий Калаби-Яу как точно решаемая суперконформная теория». Ядерная физика B. 359 (1): 21–74. Bibcode:1991НуФБ.359 ... 21С. Дои:10.1016/0550-3213(91)90292-6. ISSN  0550-3213.
  2. ^ а б c Ору, Деннис. "Квинтик 3-кратное и его зеркало" (PDF).
  3. ^ Кац, Шелдон (1993-12-29). «Рациональные кривые на трехмерных многообразиях Калаби-Яу». arXiv:alg-geom / 9312009.
  4. ^ например, как множество, многообразие Калаби-Яу является подмножеством сложное проективное пространство
  5. ^ а б Моррисон, Дэвид Р. (1993). «Зеркальная симметрия и рациональные кривые на трехмерных многообразиях пятой степени: руководство для математиков». J. Amer. Математика. Soc. 6: 223–247. arXiv:alg-geom / 9202004. Дои:10.1090 / S0894-0347-1993-1179538-2. S2CID  9228037.
  6. ^ Который можно рассматривать как -действие на строительство сложное проективное пространство
  7. ^ В более общем смысле такие пространства модулей строятся с использованием проективной эквивалентности схем в фиксированном проективном пространстве на фиксированном Схема гильберта
  8. ^ а б c Кокс, Дэвид А. Кац, Шелдон. (1999). Зеркальная симметрия и алгебраическая геометрия. Американское математическое общество. ISBN  978-0-8218-2127-5. OCLC  903477225.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  9. ^ а б Зеркальная симметрия. Хори, Кентаро. Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество. 2003 г. ISBN  0-8218-2955-6. OCLC  52374327.CS1 maint: другие (связь)
  10. ^ Гамильтон, М. Дж. Д. (24 июля 2020 г.). «Бозон Хиггса для математиков. Конспект лекций по калибровочной теории и нарушению симметрии». arXiv:1512.02632 [math.DG ].
  11. ^ Макдафф, Дуса, 1945- (2012). J-голоморфные кривые и симплектическая топология. Саламон, Д. (Дитмар) (2-е изд.). Провиденс, Р.И .: Американское математическое общество. ISBN  978-0-8218-8746-2. OCLC  794640223.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  12. ^ Концевич, М .; Манин, Ю. (1994). «Классы Громова-Виттена, квантовые когомологии и перечислительная геометрия». Коммуникации по математической физике. 164 (3): 525–562. arXiv:hep-th / 9402147. Bibcode:1994CMaPh.164..525K. Дои:10.1007 / BF02101490. ISSN  0010-3616. S2CID  18626455.

Книги / заметки

Первые доказательства

Исследование

Гомологическая зеркальная симметрия