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Serre 纤维化

Serre fibration

对圆盘参数族具有同伦提升性质,从而支持纤维同伦与长正合列的映射。

条目类型
定义

形式陈述

连续映射 p:EB 称为 Serre 纤维化,如果对每个 n0、每个同伦提升交换图

Dn×{0} H~0 EpDn×I H B

都存在提升 H~:Dn×IE,满足 H~|Dn×{0}=H~0pH~=H。等价地,可对所有 CW 复形参数空间要求同伦提升性质。这里断言的是提升存在;与覆叠提升性质不同,一般 Serre 纤维化的提升并不唯一。

给定基点 b0B,纤维为 F=p1(b0)。若选择 e0F,提升性质产生连接同态

:πn(B,b0)πn1(F,e0)

以及纤维、总空间、底空间的同伦长正合列。Serre 条件只测试圆盘或 CW 参数族;Hurewicz 纤维化要求对所有空间都能提升,因此形式上更强。常见良好类别中许多纤维丛和映射路径纤维化同时满足二者,但两个定义不能不加条件地互换。

直觉

H(z,t) 看成底空间中一族随时间移动的点。初始时刻已经为每个参数 z 选好上层点,纤维化保证这些选择能连续地随整段运动搬运。它不要求存在全局截面,也不要求不同路径的搬运结果相同;绕闭路回来可能出现 monodromy,这正是非平凡纤维化携带的扭转。

“所有纤维看起来同胚”远远不够。关键是参数族可连续提升,因此相邻纤维间的比较能与同伦相容。这个动态条件使纤维不只是点集逆像,而成为可把总空间和底空间的同伦信息联结起来的稳定接口。

例子与边界

(Y,y0) 为带基点空间,取从基点出发的路径空间

Py0Y={γ:IYγ(0)=y0},ev1(γ)=γ(1).

端点评价 ev1:Py0YY 是纤维化,y0 上的纤维恰是 ΩY。总空间可由

Ks(γ)(t)=γ(st),0s1,

收缩到常值路径。于是长正合列立即给出 πn(Y)πn1(ΩY)。这个例子不是局部乘积纤维丛的普通坐标计算,而是提升性质本身制造的通用模型。

覆叠映射也是 Serre 纤维化,并且离散纤维让提升在指定起点后唯一。Hopf 映射 S3S2 则有纤维 S1;但 S2 单连通,所以其非平凡性不能归因于沿基本群回路的 monodromy。把丛分别平凡化在南、北半球上,赤道 S1 上的过渡函数有绕数 ±1,无法消去,因而不存在把 S3 写成 S2×S1 的全局平凡化。

任意映射都不自动是纤维化。包含 i:{0}ID0 已失败:底空间同伦 H(,t)=tt=0 有提升到唯一点,却无法延拓为满足 iH~=H 的提升。即使要求满射也不够:q:[1,1][0,1]q(x)=x20 上的纤维是单点,在正数上的纤维却有两个分支;若它是纤维化,沿区间路径的纤维传输会给出同伦等价,产生矛盾。连续、满射和逆像非空都不能代替提升检验。

推论与应用

纤维化的基本回报是同伦群长正合列、纤维传输和底空间基本群对纤维同伦群的作用。若底空间可缩且纤维化满足常见良好条件,总空间与一根纤维同伦等价;若总空间可缩,则纤维与底空间的环路空间弱等价。这些结论都来自提升,而不是从集合分解猜测。

任意映射可经映射路径构造分解为同伦等价后接一个纤维化,因此 Serre 纤维化也是同伦论中的标准替换对象。Postnikov 塔逐层采用以 Eilenberg–Mac Lane 空间为纤维的纤维化;Serre 谱序列则把底空间过滤和纤维同调组合起来计算总空间。

参考资料
  • J. Peter May, A Concise Course in Algebraic Topology, University of Chicago Press, 1999, Chapter 7 “Fibrations”.
  • Allen Hatcher, Algebraic Topology, Cambridge University Press, 2002, §4.2, Theorem 4.41 and the discussion of Serre fibrations.
  • Jean-Pierre Serre, “Homologie singulière des espaces fibrés. Applications,” Annals of Mathematics 54(3), 1951, pp. 425–505, §§1–3.
关系图谱11 个相邻概念 · 2 类关系

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