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表示論都在做什麽?幾何表示論是什麽?

2015-02-11科學

謝邀,被點名了那必須好好答,不過我的水平還不能夠對整個學科整個方向給個general的描述,自己的理解什麽的也很有限,盡力而已,大家有問題可以問,我盡力。。。

關於表示論

忘記是哪本書上看到的說:表示論的思想是把不熟悉的數學表示成熟悉的東西。不過具體實作,就是題主說的到所有自同構的同態。比較系統的表示論理論大體有三塊:群表示(gtm42,Serre的書是個很好的參考另有Etingof的一個lecture notes,

http:// ocw.mit.edu/courses/mat hematics/18-712-introduction-to-representation-theory-fall-2010/lecture-notes/MIT18_712F10_replect.pdf

)、李代數的表示(gtm9,Humphreys是很好的參考書)、結合代數的表示,或者說quiver的表示(參考書隨便附個連結,但是書是這本

Elements of the Representation Theory of Associative Algebras Techniques of Representation Theory

)。這幾本書都是本科基礎可以讀的。

群的表示是表示論最初的結果,也是相對而言最完整的理論,最初量子力學裏對誇克的分類就是透過群SU(3)只有三個不同的不可約三維表示得到的,這也是表示論最初的動機和起源。有限群的表示是有完全分類的,結果也很漂亮。

李群也是群的一部份,並且因為有拓撲結構,有限群的結果可以擴充套件到緊李群。李群在單位元素處的切空間定義了李代數,李代數也是研究非交換代數,非交換幾何的重要手段之一(李代數研究的就是交換子,交換子不為零等價於非交換)。因此李理論在表示論中,以及在整個數學中,也很重要。多說一句,李代數的理論對有限維半單李代數有比較好的結果。

然後說結合代數,學過抽象代數的話會知道,結合代數比環只多了數乘結構,而在有加法的情況下數乘是很容易定義的,因此結合代數的表示幾乎等價於環上的模,模論在抽象代數中的重要性大家懂的,因此結合代數的表示論也就很重要。另外群代數是結合代數的一種,因此群表示可以算是囊括在結合代數表示裏的,不過群表示有更簡便的研究方法,所以一般也不會用quiver去研究群表示。

以上是很基礎的表示論框架,如果要讀這個方向的研究生的話,以上相關知識應該在研究生第一二年內甚至更早完全掌握,而後才能接觸比較新的研究。

關於幾何表示論

所謂幾何表示論就是用幾何手段研究表示論問題(其實還是代數用得更多)。具體一點的話(這是我老板說的,不敢隨便盜版權,說錯了也不是我負責嗯):把某些物件上的表示等價於某幾何物件的同調餘調或者K-理論。以下介紹幾個最近比較熱的工具或者方向(想起來再補充或者修改)。

1. Springer theory

這個應該是最早的(好吧其實是我沒有聽說過更早的),參考書的話,華莉莉的介紹幾何表示論的入門書:Chriss & Ginzberg, Representation Theory and Complex Geometry。

有個很重要的研究物件叫(n維)flag variety設為F,考慮G=GL(n)在其上的作用,得到一個homogenous space,F=G/B,B是Borel subgroup。另一方面,取定G對應的李代數g裏的一個Borel subalgbra,b,考慮G在g上的adjoint action,可以得到F同構於g的所有Borel subalgbras組成的variety(按照定義是Grassmannian的一個subvariety)。取N為g中所有冪零元,N'為N*F的子集,其中元素(x,b)滿足x屬於b。N'稱為nilpotent cone。從N‘到N的投影是個resolution of singularity,稱Springer resolution。這裏插一句N'事實上也同構於F上的cotangent bundle,因此有辛結構,然後從這裏還能講一大篇故事,後面會再提到。最後N'和N'在N上做fiber product得到的東西叫Steinberg variety。神奇的事情來了:Steinberg variety上的(Borel-Moore)homology同構於g(或者說G)的Weyl group的群代數。於是Weyl group的表示論就被放到幾何中了。上述中的李群G可以用任何有限維緊李群代替,都有類似的結果。

2. D-modules

根據Etingof的課,(lecture notes可以在Etingof的主頁找到)D-modules最初出現的動機是純分析問題,關於函式的解析延拓,後來發現這種問題可以轉化成純代數問題,考慮某個variety上所有differential operators組成的algebra/ring上的模論,也就是其表示論。事實上每個D-module都是某個微分方程式(組)的所有解組成的,所以D-modules的理論跟微分方程式有一定聯系。

另一方面,某個variety上所有differential operators組成的環是該variety的coordinate ring的一個量子化,因此D-modules的理論在deformation/quantization的研究中也相當重要。

3. Hall algebras

這個是把quivers和Lie algebras聯系起來的一個理論,了解quivers和Lie algebras的話會知道二者的分類都是用Dynkin diagrams,那麽同一個Dynkin diagram對應的quiver的loop algebra和李代數之間也應該有聯系。

Ringel對給定quiver構造了Hall algebra,並且證明了其同構於對應李代數(的Borel subalgebra)的量子群。而後Lusztig用perverse sheaves定義了Hall category,是Hall algebra的(弱)範疇化,也是著名的Lusztig’s geometric construction of canonical bases(據Zelevinsky和Fomin說這是他們定義cluster algebra的最初動機)。

4. Nakajima quiver varieties

這是從quiver構造李代數的另一種方式(構造過程用到了同調),比Hall algebra更神奇的是這種方式還給出了李代數的最高權表示的構造。這是Nakajima最初定義這個東西的動機,後來大家發現這個東西神奇之處遠非如此而已。比如構造中用到了doubled quiver,對應的moduli space of representations就產生了cotangent bundle的結構,進而有辛結構。構造中同樣用到了GIT quotient,從GIT quotient到geometric quotient有滿射,可以證明在Nakajima的構造中GIT quotient是光滑的。因此Nakajima quiver varieties提供了symplectic resolutions中很重要的一類例子。很多做幾何的人也很關心symplectic resolutions的性質,所以Nakajima quiver varieties的研究現在很熱門。

5. categorification

把一個代數進行範疇化有兩種方式:a.構造一個範疇,然後該範疇的K理論是原來的代數;b.Grothendieck sheaf-to-function correspondence。方式a適用範圍更廣,方式b更容易構造,但是如果方式b適用,應該跟a得到等價的範疇。

其中比較特別的一類,是李代數表示的範疇化,也叫categorical Kac-Moody action,除了上面說的之外還有其他條件要滿足,好處是可以引入Hecke algebra及其表示,進而利用相關的結果。這也是目前關於範疇化的研究中最活躍的部份,比較漂亮的結果就是KLR algebras(Khovanov-Lauda-Rouquier),也叫quiver Hecke algebras。

6. Langlands program

好吧這個我不懂,一直停留在被科普階段,每次被科普都先科普物理,但是我不懂物理,所以聽著聽著就聽不下去了。

寫得很倉促,又很長,各種疏漏敬請指正。