Пространство Тейхмюллера - Teichmüller space

В математика, то Пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T(S)}$ (реальной) топологической (или дифференциальной) поверхность ${\displaystyle S}$, является пространством, параметризующим сложные конструкции на ${\displaystyle S}$ до действия гомеоморфизмы которые изотопический к гомеоморфизм идентичности. Каждая точка в ${\displaystyle T(S)}$ можно рассматривать как класс изоморфизма «отмеченных» Римановы поверхности, где «маркировка» - изотопический класс гомеоморфизмов из ${\displaystyle S}$ себе.

Его также можно рассматривать как пространство модулей для отмеченных гиперболическая структура на поверхности, и это наделяет ее естественной топологией, для которой она гомеоморфна мяч измерения ${\displaystyle 6g-6}$ для поверхности рода ${\displaystyle g\geq 2}$. Таким образом, пространство Тейхмюллера можно рассматривать как универсальное покрытие орбифолд из Пространство модулей Римана.

Пространство Тейхмюллера имеет каноническую комплексное многообразие структура и богатство натуральных метрики. Изучение геометрических особенностей этих различных структур - очень богатый предмет исследований.

Пространства Тейхмюллера названы в честь Освальд Тайхмюллер.

История

Пространства модулей за Римановы поверхности и связанные Фуксовы группы изучались со времен работы Бернхард Риманн (1826-1866), который знал, что ${\displaystyle 6g-6}$ параметры были необходимы для описания вариаций сложных структур на поверхности рода ${\displaystyle g\geq 2}$. Раннее исследование пространства Тайхмюллера в конце девятнадцатого - начале двадцатого века было геометрическим и основывалось на интерпретации римановых поверхностей как гиперболических поверхностей. Среди основных участников были Феликс Кляйн, Анри Пуанкаре, Пол Кобе, Якоб Нильсен, Роберт Фрике и Вернер Фенчель.

Основным вкладом Тайхмюллера в изучение модулей было введение квазиконформные отображения к теме. Они позволяют нам значительно углубить изучение пространств модулей, наделяя их дополнительными возможностями, которых не было в предыдущих, более элементарных работах. После Второй мировой войны эта тема получила дальнейшее развитие в этом аналитическом ключе, в частности Ларс Альфорс и Липман Берс. Теория продолжает быть активной, с многочисленными исследованиями сложной структуры пространства Тейхмюллера (введено Берсом).

Геометрическая жилка в исследовании пространства Тейхмюллера возродилась после работ Уильям Терстон в конце 1970-х годов, который ввел геометрическую компактификацию, которую он использовал в своем исследовании группа классов отображения поверхности. Другие, более комбинаторные объекты, связанные с этой группой (в частности, комплекс кривой ) также были связаны с пространством Тейхмюллера, и это очень активный предмет исследований в геометрическая теория групп.

Определения

Пространство Тейхмюллера из сложных конструкций

Позволять ${\displaystyle S}$ быть ориентируемый гладкая поверхность (a дифференцируемое многообразие размерности 2). Неформально пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T(S)}$ из ${\displaystyle S}$ это пространство Риманова поверхность структуры на ${\displaystyle S}$ вплоть до изотопия.

Формально это можно определить следующим образом. Два сложные конструкции ${\displaystyle X,Y}$ на ${\displaystyle S}$ называются эквивалентными, если существует диффеоморфизм ${\displaystyle f\in \operatorname {Diff} (S)}$ такой, что:

• Он голоморфен (дифференциал комплексный линейный в каждой точке, для структур ${\displaystyle X}$ у источника и ${\displaystyle Y}$ на цель);

• это изотопно тождеству ${\displaystyle S}$ (есть непрерывная карта ${\displaystyle \gamma :[0,1]\to \operatorname {Diff} (S)}$ такой, что ${\displaystyle \gamma (0)=f,\gamma (1)=\mathrm {Id} }$).

потом ${\displaystyle T(S)}$ - пространство классов эквивалентности сложных структур на ${\displaystyle S}$ для этого отношения.

Другое эквивалентное определение выглядит следующим образом: ${\displaystyle T(S)}$ это пространство пар ${\displaystyle (X,g)}$ куда ${\displaystyle X}$ является римановой поверхностью и ${\displaystyle g:S\to X}$ диффеоморфизм и две пары ${\displaystyle (X,g),(Y,h)}$ считаются эквивалентными, если ${\displaystyle h\circ g^{-1}:X\to Y}$ изотопно голоморфному диффеоморфизму. Такая пара называется маркированная риманова поверхность; в маркировка являясь диффеоморфизмом; другое определение маркировки - это системы кривых.^[1]

Есть два простых примера, которые сразу же вычисляются из Теорема униформизации: уникальное сложное строение на сфера ${\displaystyle \mathbb {S} ^{2}}$ (видеть Сфера Римана ) и их два на ${\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}$ (комплексная плоскость и единичный круг) и в каждом случае группа положительных диффеоморфизмов равна стягиваемый. Таким образом, пространство Тейхмюллера ${\displaystyle \mathbb {S} ^{2}}$ это единственная точка и точка ${\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}$ содержит ровно две точки.

Немного более сложный пример - открытый кольцо, для которого пространство Тейхмюллера является интервалом ${\displaystyle [0,1)}$ (сложная структура, связанная с ${\displaystyle \lambda }$ - риманова поверхность ${\displaystyle \{z\in \mathbb {C} :\lambda <|z|<\lambda ^{-1}\}}$).

Пространство Тейхмюллера тора и плоские метрики

Следующий пример - это тор ${\displaystyle \mathbb {T} ^{2}=\mathbb {R} ^{2}/\mathbb {Z} ^{2}.}$ В этом случае любую сложную структуру можно реализовать с помощью римановой поверхности вида ${\displaystyle \mathbb {C} /(\mathbb {Z} +\tau \mathbb {Z} )}$ (сложный эллиптическая кривая ) для комплексного числа ${\displaystyle \tau \in \mathbb {H} }$ куда

${\displaystyle \mathbb {H} =\{z\in \mathbb {C} :\operatorname {Im} (z)>0\},}$

- комплексная верхняя полуплоскость. Тогда у нас есть биекция:^[2]

${\displaystyle {\begin{cases}\mathbb {H} \longrightarrow T(\mathbb {T} ^{2})\\\tau \longmapsto (\mathbb {C} /(\mathbb {Z} +\tau \mathbb {Z} ),(x,y)\mapsto x+\tau y)\end{cases}}}$

и, таким образом, пространство Тейхмюллера ${\displaystyle \mathbb {T} ^{2}}$ является ${\displaystyle \mathbb {H} .}$

Если мы определим ${\displaystyle \mathbb {C} }$ с Евклидова плоскость тогда каждую точку в пространстве Тейхмюллера можно также рассматривать как отмеченную плоская конструкция на ${\displaystyle \mathbb {T} ^{2}.}$ Таким образом, пространство Тейхмюллера находится в биекции с множеством пар ${\displaystyle (M,f)}$ куда ${\displaystyle M}$ это плоская поверхность и ${\displaystyle f:\mathbb {T} ^{2}\to M}$ является диффеоморфизмом с точностью до изотопии на ${\displaystyle f}$.

Поверхности конечного типа

Это поверхности, для которых наиболее часто исследуется пространство Тейхмюллера, к которым относятся замкнутые поверхности. Поверхность конечного типа, если она диффеоморфна компактной поверхности минус конечное множество. Если ${\displaystyle S}$ это закрытая поверхность из род ${\displaystyle g}$ то поверхность, полученная удалением ${\displaystyle k}$ очки от ${\displaystyle S}$ обычно обозначается ${\displaystyle S_{g,k}}$ и его пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T_{g,k}.}$

Пространства Тейхмюллера и гиперболические метрики

Каждая ориентируемая поверхность конечного типа, кроме указанных выше, допускает полный Римановы метрики постоянной кривизны ${\displaystyle -1}$. Для данной поверхности конечного типа существует биекция между такими метриками и комплексными структурами, как следует из теорема униформизации. Таким образом, если ${\displaystyle 2g-2+k>0}$ пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T_{g,k}}$ может быть реализован в виде набора размеченных гиперболические поверхности рода ${\displaystyle g}$ с ${\displaystyle k}$ куспиды, то есть множество пар ${\displaystyle (M,f)}$ куда ${\displaystyle M}$ является гиперболической поверхностью и ${\displaystyle f:S\to M}$ является диффеоморфизмом по модулю отношения эквивалентности, где ${\displaystyle (M,f)}$ и ${\displaystyle (N,g)}$ определены ${\displaystyle f\circ g^{-1}}$ изотопно изометрии.

Топология на пространстве Тейхмюллера

Во всех вычисленных выше случаях на пространстве Тейхмюллера существует очевидная топология. В общем случае существует много естественных способов топологизации ${\displaystyle T(S)}$, возможно, самый простой - через гиперболические метрики и функции длины.

Если ${\displaystyle \alpha }$ это замкнутая кривая на ${\displaystyle S}$ и ${\displaystyle x=(M,f)}$ отмеченная гиперболическая поверхность, затем одна ${\displaystyle f_{*}\alpha }$ гомотопен уникальному закрытая геодезическая ${\displaystyle \alpha _{x}}$ на ${\displaystyle M}$ (до параметризации). Стоимость на ${\displaystyle x}$ из функция длины связанный с (гомотопическим классом) ${\displaystyle \alpha }$ затем:

${\displaystyle \ell _{\alpha }(x)=\operatorname {Length} (\alpha _{x}).}$

Позволять ${\displaystyle {\mathcal {S}}}$ быть набором простые замкнутые кривые на ${\displaystyle S}$. Тогда карта

${\displaystyle {\begin{cases}T(S)\to \mathbb {R} ^{\mathcal {S}}\\x\mapsto \left(\ell _{\alpha }(x)\right)_{\alpha \in {\mathcal {S}}}\end{cases}}}$

это вложение. Космос ${\displaystyle \mathbb {R} ^{\mathcal {S}}}$ имеет топология продукта и ${\displaystyle T(S)}$ наделен индуцированная топология. С этой топологией ${\displaystyle T(S_{g,k})}$ гомеоморфен ${\displaystyle \mathbb {R} ^{6g-6+2k}.}$

Фактически можно получить вложение с ${\displaystyle 9g-9}$ кривые,^[3] и даже ${\displaystyle 6g-5+2k}$.^[4] В обоих случаях можно использовать вложение для геометрического доказательства указанного выше гомеоморфизма.

Еще примеры малых пространств Тейхмюллера

На сфере с тремя отверстиями существует единственная полная гиперболическая метрика^[5] и поэтому пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T(S_{0,3})}$ является точкой (это также следует из формулы размерности предыдущего абзаца).

Пространства Тейхмюллера ${\displaystyle T(S_{0,4})}$ и ${\displaystyle T(S_{1,1})}$ естественно реализуются как верхняя полуплоскость, что можно увидеть, используя координаты Фенхеля – Нильсена.

Пространство Тейхмюллера и конформные структуры

Вместо сложных структур гиперболических метрик можно определить пространство Тейхмюллера, используя конформные структуры. В самом деле, конформные структуры аналогичны сложным структурам в двух (реальных) измерениях.^[6] Более того, из теоремы униформизации также следует, что в каждом конформном классе римановых метрик на поверхности существует единственная метрика постоянной кривизны.

Пространства Тейхмюллера как пространства представления

Еще одна интерпретация пространства Тейхмюллера - это пространство представления поверхностных групп. Если ${\displaystyle S}$ гиперболический, конечного типа и ${\displaystyle \Gamma =\pi _{1}(S)}$ это фундаментальная группа из ${\displaystyle S}$ тогда пространство Тейхмюллера находится в естественной биекции с:

• Множество инъективных представлений ${\displaystyle \Gamma \to \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$ с дискретным изображением, с точностью до сопряжения элементом ${\displaystyle \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$, если ${\displaystyle S}$ компактный;
• В общем, множество таких представлений, с добавлением условия, что эти элементы ${\displaystyle \Gamma }$ которые представлены кривыми, свободно гомотопными проколу, отправляются в параболические элементы из ${\displaystyle \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$, снова с точностью до сопряжения элементом ${\displaystyle \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$.

Карта отправляет отмеченную гиперболическую структуру ${\displaystyle (M,f)}$ к составу ${\displaystyle \rho \circ f_{*}}$ куда ${\displaystyle \rho :\pi _{1}(M)\to \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$ это монодромия гиперболической структуры и ${\displaystyle f_{*}:\pi _{1}(S)\to \pi _{1}(M)}$ изоморфизм, индуцированный ${\displaystyle f}$.

Обратите внимание, что это понимает ${\displaystyle T(S)}$ как замкнутое подмножество ${\displaystyle \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )^{2g+k-1}}$ что наделяет его топологией. Это можно использовать, чтобы увидеть гомеоморфизм ${\displaystyle T(S)\cong \mathbb {R} ^{6g-6+2k}}$ напрямую.^[7]

Эта интерпретация пространства Тейхмюллера обобщается высшая теория Тейхмюллера, где группа ${\displaystyle \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}$ заменяется произвольным полупростым Группа Ли.

Замечание о категориях

Все определения выше можно сделать в топологическая категория вместо категории дифференцируемых многообразий, и это не меняет объектов.

Бесконечномерные пространства Тейхмюллера

Поверхности, которые не относятся к конечному типу, также допускают гиперболические структуры, которые можно параметризовать бесконечномерными пространствами (гомеоморфными ${\displaystyle \mathbb {R} ^{\mathbb {N} }}$). Другой пример бесконечномерного пространства, связанный с теорией Тейхмюллера, - это пространство Тейхмюллера расслоения поверхностями.^[8][9]

Действие группы классов отображений и отношение к пространству модулей

Карта в пространство модулей

Есть карта от пространства Тайхмюллера до пространство модулей римановых поверхностей, диффеоморфных ${\displaystyle S}$, определяется ${\displaystyle (X,f)\mapsto X}$. Это покрывающая карта, и поскольку ${\displaystyle T(S)}$ является односвязный это орбифолд универсальная крышка для пространства модулей.

Действие группы классов отображения

В группа классов отображения из ${\displaystyle S}$ группа смежных классов ${\displaystyle MCG(S)}$ из группа диффеоморфизмов из ${\displaystyle S}$ нормальной подгруппой тех, которые изотопны тождеству (то же самое определение можно сделать с гомеоморфизмами вместо диффеоморфизмов, и это не меняет результирующую группу). Группа диффеоморфизмов естественным образом действует на пространстве Тейхмюллера формулой

${\displaystyle g\cdot (X,f)\mapsto (X,f\circ g^{-1}).}$

Если ${\displaystyle \gamma \in MCG(S)}$ класс отображения и ${\displaystyle g,h}$ два диффеоморфизма, представляющие его, то они изотопны. Таким образом, классы ${\displaystyle (X,f\circ g^{-1})}$ и ${\displaystyle (X,f\circ h^{-1})}$ такие же в пространстве Тейхмюллера, и действие выше факторизуется через группу классов отображений.

Действие группы классов отображения ${\displaystyle MCG(S)}$ на пространстве Тейхмюллера правильно прерывистый, а фактор - пространство модулей.

Фиксированные точки

Основная статья: Проблема реализации Нильсена

Проблема реализации Нильсена спрашивает, имеет ли какая-либо конечная группа группы классов отображений глобальную неподвижную точку (точку, фиксированную всеми элементами группы) в пространстве Тейхмюллера. В более классических терминах вопрос: может ли каждая конечная подгруппа ${\displaystyle MCG(S)}$ реализуется как группа изометрий некоторой полной гиперболической метрики на ${\displaystyle S}$ (или, что то же самое, как группа голоморфных диффеоморфизмов некоторой комплексной структуры). Это было решено Стивен Керкхофф.^[10]

Координаты

Координаты Фенхеля – Нильсена

Основная статья: Координаты Фенхеля – Нильсена

Координаты Фенхеля – Нильсена (названные в честь Вернер Фенчель и Якоб Нильсен ) на пространстве Тейхмюллера ${\displaystyle T(S)}$ связаны с разложение штанов поверхности ${\displaystyle S}$. Это разложение ${\displaystyle S}$ в пары штанов, и с каждой кривой в разложении связана ее длина в гиперболической метрике, соответствующей точке в пространстве Тейхмюллера, и еще один действительный параметр, называемый скручиванием, определение которого более сложно.^[11]

В случае замкнутой поверхности рода ${\displaystyle g}$ Существуют ${\displaystyle 3g-3}$ кривые в разложении штанов, и мы получаем ${\displaystyle 6g-6}$ параметры, которые являются размерностью ${\displaystyle T(S_{g})}$. Координаты Фенхеля – Нильсена фактически определяют гомеоморфизм ${\displaystyle T(S_{g})\to ]0,+\infty [^{3g-3}\times \mathbb {R} ^{3g-3}}$.^[12]

В случае поверхности с проколами некоторые пары штанов являются «вырожденными» (они имеют заострение) и дают только два параметра длины и скрутки. И в этом случае координаты Фенхеля – Нильсена определяют гомеоморфизм ${\displaystyle T(S_{g,k})\to ]0,+\infty [^{3g-3+k}\times \mathbb {R} ^{3g-3+k}}$.

Координаты сдвига

Если ${\displaystyle k>0}$ поверхность ${\displaystyle S=S_{g,k}}$ признает идеальный триангуляции (чьи вершины и есть проколы). По формуле для Эйлерова характеристика такая триангуляция ${\displaystyle 4g-4+2k}$ треугольники. Гиперболическая структура ${\displaystyle M}$ на ${\displaystyle S}$ определяет (единственный с точностью до изотопии) диффеоморфизм ${\displaystyle S\to M}$ отправляя каждый треугольник в гиперболический идеальный треугольник, таким образом, точка в ${\displaystyle T(S)}$. Параметрами такой конструкции являются длины трансляции для каждой пары сторон треугольников, склеенных в триангуляции.^[13] Есть ${\displaystyle 6g-6+3k}$ такие параметры, каждый из которых может принимать любое значение в ${\displaystyle \mathbb {R} }$, а полнота конструкции соответствует линейному уравнению и, таким образом, мы получаем правильную размерность ${\displaystyle 6g-6+2k}$. Эти координаты называются координаты сдвига.

Для закрытых поверхностей пара штанов может быть разложена как объединение двух идеальных треугольников (ее можно рассматривать как неполную гиперболическую метрику на сфере с тремя отверстиями.^[14]). Таким образом, мы также получаем ${\displaystyle 3g-3}$ координаты сдвига на ${\displaystyle T(S_{g})}$.

Землетрясения

Основная статья: Карта землетрясения

Простой путь землетрясения в пространстве Тейхмюллера - это путь, определяемый изменением единственной координаты сдвига или длины Фенхеля – Нильсена (для фиксированной идеальной триангуляции поверхности). Название происходит от того, что идеальные треугольники или брюки выглядят как тектонические плиты и сдвиг как движение плиты.

В более общем смысле можно делать землетрясения по геодезическим расслоения. Затем в теореме Терстона говорится, что две точки в пространстве Тейхмюллера соединены уникальной траекторией землетрясения.

Аналитическая теория

Квазиконформные отображения

Основная статья: Квазиконформное отображение

Квазиконформное отображение между двумя римановыми поверхностями - это гомеоморфизм, который ограниченным образом деформирует конформную структуру по поверхности. Точнее, он дифференцируем почти всюду и существует постоянная ${\displaystyle K\geq 1}$, называется расширение, так что

${\displaystyle {\frac {|f_{z}|+|f_{\bar {z}}|}{|f_{z}|-|f_{\bar {z}}|}}\leq K}$

куда ${\displaystyle f_{z},f_{\bar {z}}}$ - производные по конформной координате ${\displaystyle z}$ и его сопряженный ${\displaystyle {\bar {z}}}$.

В каждом изотопическом классе есть квазиконформные отображения, поэтому альтернативное определение пространства Тейхмюллера выглядит следующим образом. Зафиксируем риманову поверхность ${\displaystyle X}$ диффеоморфен ${\displaystyle S}$, а пространство Тейхмюллера находится в естественной биекции с отмеченными поверхностями ${\displaystyle (Y,g)}$ куда ${\displaystyle g:X\to Y}$ является квазиконформным отображением с точностью до того же отношения эквивалентности, что и выше.

Квадратичные дифференциалы и вложение Берса

Образ вложения Берса двумерного пространства Тейхмюллера с проколотым тором

Основная статья: Производная Шварца

Основная статья: Ломтик Bers

Согласно приведенному выше определению, если ${\displaystyle X=\Gamma \setminus \mathbb {H} ^{2}}$ существует естественная карта из пространства Тейхмюллера в пространство ${\displaystyle \Gamma }$-эквивариантные решения дифференциального уравнения Бельтрами.^[15] Они дают начало через производную Шварца квадратичные дифференциалы на ${\displaystyle X}$.^[16] Пространство тех - сложное пространство сложной размерности. ${\displaystyle 3g-3}$, а образ пространства Тейхмюллера - открытое множество.^[17] Эта карта называется вложением Берса.

Квадратичный дифференциал на ${\displaystyle X}$ может быть представлен поверхность перевода соответствует ${\displaystyle X}$.

Отображения Тайхмюллера

Теорема Тейхмюллера^[18] утверждает, что между двумя отмеченными римановыми поверхностями ${\displaystyle (X,g)}$ и ${\displaystyle (Y,h)}$ всегда существует уникальное квазиконформное отображение ${\displaystyle X\to Y}$ в изотопическом классе ${\displaystyle h\circ g^{-1}}$ который имеет минимальную дилатацию. Это отображение называется отображением Тейхмюллера.

В геометрической картине это означает, что для любых двух диффеоморфных римановых поверхностей ${\displaystyle X,Y}$ и диффеоморфизм ${\displaystyle f:X\to Y}$ существует два многоугольника, представляющие ${\displaystyle X,Y}$ и аффинная карта, отправляющая одну в другую, которая имеет наименьшее расширение среди всех квазиконформных карт ${\displaystyle X\to Y}$.

Метрики

Метрика Тейхмюллера

Если ${\displaystyle x,y\in T(S)}$ и отображение Тейхмюллера между ними имеет дилатацию ${\displaystyle K}$ то расстояние Тейхмюллера между ними по определению ${\displaystyle {\frac {1}{2}}\log K}$. Это действительно определяет расстояние на ${\displaystyle T(S)}$ который индуцирует его топологию и для которого он является полным. Это метрика, наиболее часто используемая для изучения метрической геометрии пространства Тейхмюллера. В частности, это представляет интерес для геометрических теоретиков групп.

Есть функция, определенная аналогично, с использованием Константы Липшица отображений между гиперболическими поверхностями вместо квазиконформных растяжений на ${\displaystyle T(S)\times T(S)}$, что не является симметричным.^[19]

Метрика Вейля – Петерсона

Основная статья: Метрика Вейля – Петерсона

Квадратичные дифференциалы на римановой поверхности ${\displaystyle X}$ отождествляются с касательным пространством в точке ${\displaystyle (X,f)}$ в пространство Тейхмюллера.^[20] Метрика Вейля – Петерссона - это риманова метрика, определяемая ${\displaystyle L^{2}}$ внутреннее произведение на квадратичных дифференциалах.

Компактификации

Изучено несколько неэквивалентных компактификаций пространств Тейхмюллера. Некоторые из более ранних компактификаций зависят от выбора точки в пространстве Тейхмюллера, поэтому они не инвариантны относительно модулярной группы, что может быть неудобно. Уильям Терстон позже была обнаружена компактификация без этого недостатка, которая стала наиболее широко используемой компактификацией.

Компактификация Терстона

Основная статья: Граница Терстона

Рассматривая гиперболические длины простых замкнутых кривых для каждой точки в пространстве Тейхмюллера и взяв замыкание в (бесконечномерном) проективном пространстве, Терстон (1988) представил компактификацию, бесконечно удаленные точки которой соответствуют проективным измеренным слоям. Компактифицированное пространство гомеоморфно замкнутому шару. Эта компактификация Терстона находится в постоянном действии модульной группы. В частности, любой элемент модульной группы имеет фиксированную точку в компактификации Терстона, которую Терстон использовал в своей работе. классификация элементов модульной группы.

Компактификация Берс

Компактификация Берса задается замыканием образа вложения Берса пространства Тейхмюллера, изученного Берс (1970). Вложение Берса зависит от выбора точки в пространстве Тейхмюллера, поэтому не инвариантно относительно модулярной группы, и на самом деле модулярная группа не действует непрерывно на компактификации Берса.

Компактификация Тейхмюллера

«Точки на бесконечности» в компактификации Тейхмюллера состоят из геодезических лучей (для метрики Тейхмюллера), начинающихся в фиксированной базовой точке. Эта компактификация зависит от выбора базовой точки, поэтому на нее не действует модулярная группа, и фактически Керкгоф показал, что действие модулярной группы на пространстве Тейхмюллера не продолжается до непрерывного действия на этой компактификации.

Компактификация Гардинера – Мазура

Гардинер и Мазур (1991) считается компактификацией, подобной компактификации Терстона, но использующей экстремальную длину, а не гиперболическую длину. Модульная группа непрерывно действует на эту компактификацию, но они показали, что их компактификация имеет строго больше бесконечно удаленных точек.

Крупномасштабная геометрия

Было проведено обширное исследование геометрических свойств пространства Тейхмюллера, наделенного метрикой Тейхмюллера. Известные крупномасштабные объекты недвижимости включают:

• Пространство Тейхмюллера ${\displaystyle T(S_{g,k})}$ содержит плоские подпространства размерности ${\displaystyle 3g-3+k}$, и нет квазиизометрически вложенных плоскостей более высокой размерности.^[21]

• В частности, если ${\displaystyle g>1}$ или же ${\displaystyle g=1,k>1}$ или же ${\displaystyle g=0,k>4}$ тогда ${\displaystyle T(S_{g,k})}$ не является гиперболический.

С другой стороны, пространство Тейхмюллера проявляет несколько свойств, характерных для гиперболических пространств, таких как:

• Некоторые геодезические ведут себя так же, как в гиперболическом пространстве.^[22]

• Случайные блуждания по пространству Тейхмюллера почти наверняка сходятся к точке на границе Терстона.^[23]

Некоторые из этих особенностей могут быть объяснены путем изучения отображений пространства Тейхмюллера на комплекс кривых, который, как известно, является гиперболическим.

Сложная геометрия

Вложение Берса дает ${\displaystyle T(S)}$ сложная структура как открытое подмножество ${\displaystyle \mathbb {C} ^{3g-3}.}$

Метрики, исходящие из сложной структуры

Поскольку пространство Тейхмюллера является комплексным многообразием, на нем имеется Метрика Каратеодори. Пространство Тейхмюллера является гиперболическим Кобаяши и его Кобаяши метрика совпадает с метрикой Тейхмюллера.^[24] Последний результат используется в доказательстве Ройдена того, что группа классов отображений является полной группой изометрий для метрики Тейхмюллера.

Вложение Берса реализует пространство Тейхмюллера как область голоморфности и, следовательно, он также несет Метрика Бергмана.

Кэлеровы метрики на пространстве Тейхмюллера

Метрика Вейля – Петерссона кэлерова, но не полная.

Ченг и Яу показал, что существует уникальная полная Метрика Кэлера – Эйнштейна на пространстве Тейхмюллера.^[25] Он имеет постоянную отрицательную скалярную кривизну.

Пространство Тейхмюллера также несет полную кэлерову метрику ограниченной секционной кривизны, введенную Макмаллен (2000) то есть кэлерово-гиперболическое.

Эквивалентность показателей

За исключением неполной метрики Вейля – Петерссона, все введенные здесь метрики на пространстве Тейхмюллера являются квазиизометрический друг другу.^[26]

Смотрите также

• Модули алгебраических кривых
• p-адическая теория Тейхмюллера
• Межуниверсальная теория Тейхмюллера

Рекомендации

1. Имаёши и Танигучи 1992, п. 14.
2. Имаёши и Танигучи 1992, п. 13.
3. Имаёши и Танигучи 1992, Теорема 3.12.
4. Hamenstädt, Урсула (2003). «Функции длины и параметризации пространства Тейхмюллера для поверхностей с каспами». Annales Acad. Научный. Фенн. 28: 75–88.
5. Рэтклифф 2006, Теорема 9.8.8.
6. Имаёши и Танигучи 1992, Теорема 1.7.
7. Имаёши и Танигучи 1992, Теорема 2.25.
8. Гиз, Этьен (1999). "Ламинирование поверхности Римана". Панор. Синтез. 8: 49–95. МИСТЕР  1760843.
9. Деруан, Бертран (2007). «Нежесткость наслоений гиперболических поверхностей». Труды Американского математического общества. 135 (3): 873–881. Дои:10.1090 / s0002-9939-06-08579-0. МИСТЕР  2262885.
10. Керкхофф 1983.
11. Имаёши и Танигучи 1992, п. 61.
12. Имаёши и Танигучи 1992, Теорема 3.10.
13. Терстон 1988, п. 40.
14. Терстон 1988, п. 42.
15. Альфорс 2006, п. 69.
16. Альфорс 2006, п. 71.
17. Альфорс 2006, Глава VI.C.
18. Альфорс 2006, п. 96.
19. Терстон, Уильям (1998) [1986], Карты минимального растяжения между гиперболическими поверхностями, arXiv:математика / 9801039, Bibcode:1998математика ...... 1039T
20. Альфорс 2006, Глава VI.D
21. Эскин, Алексей; Мазур, Говард; Рафи, Касра (2017). «Крупномасштабный ранг пространства Тейхмюллера». Математический журнал герцога. 166 (8): 1517–1572. arXiv:1307.3733. Дои:10.1215 / 00127094-0000006X.
22. Рафи, Касра (2014). «Гиперболичность в пространстве Тейхмюллера». Геометрия и топология. 18 (5): 3025–3053. arXiv:1011.6004. Дои:10.2140 / gt.2014.18.3025.
23. Дучин, Луна (2005). Тонкие треугольники и мультипликативная эргодическая теорема для геометрии Тейхмюллера (Кандидат наук.). Чикагский университет. arXiv:математика / 0508046.
24. Ройден, Холзи Л. (1970). «Отчет о метрике Тейхмюллера». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 65 (3): 497–499. Bibcode:1970ПНАС ... 65..497Р. Дои:10.1073 / pnas.65.3.497. МИСТЕР  0259115. ЧВК  282934. PMID  16591819.
25. Ченг, Шиу Юэнь; Яу, Шинг Тунг (1980). «О существовании полной кэлеровой метрики на некомпактных комплексных многообразиях и регулярности уравнения Феффермана». Comm. Pure Appl. Математика. 33 (4): 507–544. Дои:10.1002 / cpa.3160330404. МИСТЕР  0575736.
26. Юнг, Сай-Ки (2005). «Квазиизометрия метрик на пространствах Тейхмюллера». Int. Математика. Res. Нет. 2005 (4): 239–255. Дои:10.1155 / IMRN.2005.239. МИСТЕР  2128436.

Источники

• Альфорс, Ларс В. (2006). Лекции о квазиконформных отображениях. Второе издание. С дополнительными главами К. Дж. Эрла, И. Кра, М. Шишикура и Дж. Х. Хаббарда.. Американская математика. Soc. С. viii + 162. ISBN  978-0-8218-3644-6.
• Берс, Липман (1970), «О границах пространств Тейхмюллера и клейновых группах. I», Анналы математики, Вторая серия, 91 (3): 570–600, Дои:10.2307/1970638, JSTOR  1970638, МИСТЕР  0297992
• Фатхи, Альберт; Лауденбах, Франсуа; Поэнару, Валентин (2012). Работа Терстона на поверхностях. Издательство Принстонского университета. С. xvi + 254. ISBN  978-0-691-14735-2. МИСТЕР  3053012.
• Гардинер, Фредерик П .; Мазур, Говард (1991), "Экстремальная длина геометрии пространства Тейхмюллера", Теория комплексных переменных Appl., 16 (2–3): 209–237, Дои:10.1080/17476939108814480, МИСТЕР  1099913
• Имаёси, Ёити; Танигучи, Масахико (1992). Введение в пространства Тейхмюллера. Springer. С. xiv + 279. ISBN  978-4-431-70088-3.
• Керкхофф, Стивен П. (1983). «Проблема реализации Нильсена». Анналы математики. Вторая серия. 117 (2): 235–265. CiteSeerX  10.1.1.353.3593. Дои:10.2307/2007076. JSTOR  2007076. МИСТЕР  0690845.
• Макмаллен, Кертис Т. (2000), "Пространство модулей римановых поверхностей кэлерово гиперболично", Анналы математики, Вторая серия, 151 (1): 327–357, arXiv:математика / 0010022, Дои:10.2307/121120, JSTOR  121120, МИСТЕР  1745010
• Рэтклифф, Джон (2006). Основы гиперболических многообразий, второе издание. Springer. С. xii + 779. ISBN  978-0387-33197-3.
• Терстон, Уильям П. (1988), «О геометрии и динамике диффеоморфизмов поверхностей», Американское математическое общество. Бюллетень. Новая серия, 19 (2): 417–431, Дои:10.1090 / S0273-0979-1988-15685-6, МИСТЕР  0956596

дальнейшее чтение

• Берс, Липман (1981), "Конечномерные пространства Тейхмюллера и обобщения", Американское математическое общество. Бюллетень. Новая серия, 5 (2): 131–172, Дои:10.1090 / S0273-0979-1981-14933-8, МИСТЕР  0621883
• Гардинер, Фредерик П. (1987), Теория Тейхмюллера и квадратичные дифференциалы, Чистая и прикладная математика (Нью-Йорк), Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, ISBN  978-0-471-84539-3, МИСТЕР  0903027
• Хаббард, Джон Хамал (2006), Теория Тейхмюллера и приложения к геометрии, топологии и динамике. Vol. 1, Matrix Editions, Итака, штат Нью-Йорк, ISBN  978-0-9715766-2-9, МИСТЕР  2245223
• Пападопулос, Атанас, изд. (2007–2016), Справочник по теории Тейхмюллера. Тт. I-V, Лекции IRMA по математике и теоретической физике, 11, 13, 17, 19, 26, Европейское математическое общество (EMS), Цюрих, Дои:10.4171/029, ISBN  978-3-03719-029-6, МИСТЕР  2284826 Последний том содержит переводы нескольких работ Тайхмюллера.
• Тейхмюллер, Освальд (1939), «Экстремальный квазиконформ Abbildungen und quadratische Differentiale», Abh. Прейс. Акад. Wiss. Math.-Nat. Kl., 1939 (22): 197, JFM  66.1252.01, МИСТЕР  0003242
• Teichmüller, Oswald (1982), Ahlfors, Lars V .; Геринг, Фредерик В. (ред.), Gesammelte Abhandlungen, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN  978-3-540-10899-3, МИСТЕР  0649778
• Войцеховский, М. (2001) [1994], «Пространство Тейхмюллера», Энциклопедия математики, EMS Press