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表示论都在做什么?几何表示论是什么?

2015-02-11科学

谢邀,被点名了那必须好好答,不过我的水平还不能够对整个学科整个方向给个general的描述,自己的理解什么的也很有限,尽力而已,大家有问题可以问,我尽力。。。

关于表示论

忘记是哪本书上看到的说:表示论的思想是把不熟悉的数学表示成熟悉的东西。不过具体实现,就是题主说的到所有自同构的同态。比较系统的表示论理论大体有三块:群表示(gtm42,Serre的书是个很好的参考另有Etingof的一个lecture notes,

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

)、李代数的表示(gtm9,Humphreys是很好的参考书)、结合代数的表示,或者说quiver的表示(参考书随便附个链接,但是书是这本

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

)。这几本书都是本科基础可以读的。

群的表示是表示论最初的结果,也是相对而言最完整的理论,最初量子力学里对夸克的分类就是通过群SU(3)只有三个不同的不可约三维表示得到的,这也是表示论最初的动机和起源。有限群的表示是有完全分类的,结果也很漂亮。

李群也是群的一部分,并且因为有拓扑结构,有限群的结果可以扩展到紧李群。李群在单位元处的切空间定义了李代数,李代数也是研究非交换代数,非交换几何的重要手段之一(李代数研究的就是交换子,交换子不为零等价于非交换)。因此李理论在表示论中,以及在整个数学中,也很重要。多说一句,李代数的理论对有限维半单李代数有比较好的结果。

然后说结合代数,学过抽象代数的话会知道,结合代数比环只多了数乘结构,而在有加法的情况下数乘是很容易定义的,因此结合代数的表示几乎等价于环上的模,模论在抽象代数中的重要性大家懂的,因此结合代数的表示论也就很重要。另外群代数是结合代数的一种,因此群表示可以算是囊括在结合代数表示里的,不过群表示有更简便的研究方法,所以一般也不会用quiver去研究群表示。

以上是很基础的表示论框架,如果要读这个方向的研究生的话,以上相关知识应该在研究生第一二年内甚至更早完全掌握,而后才能接触比较新的研究。

关于几何表示论

所谓几何表示论就是用几何手段研究表示论问题(其实还是代数用得更多)。具体一点的话(这是我老板说的,不敢随便盗版权,说错了也不是我负责嗯):把某些对象上的表示等价于某几何对象的同调上同调或者K-理论。以下介绍几个最近比较热的工具或者方向(想起来再补充或者修改)。

1. Springer theory

这个应该是最早的(好吧其实是我没有听说过更早的),参考书的话,华丽丽的介绍几何表示论的入门书:Chriss & Ginzberg, Representation Theory and Complex Geometry。

有个很重要的研究对象叫(n维)flag variety设为F,考虑G=GL(n)在其上的作用,得到一个homogenous space,F=G/B,B是Borel subgroup。另一方面,取定G对应的李代数g里的一个Borel subalgbra,b,考虑G在g上的adjoint action,可以得到F同构于g的所有Borel subalgbras组成的variety(按照定义是Grassmannian的一个subvariety)。取N为g中所有幂零元,N'为N*F的子集,其中元素(x,b)满足x属于b。N'称为nilpotent cone。从N‘到N的投影是个resolution of singularity,称Springer resolution。这里插一句N'事实上也同构于F上的cotangent bundle,因此有辛结构,然后从这里还能讲一大篇故事,后面会再提到。最后N'和N'在N上做fiber product得到的东西叫Steinberg variety。神奇的事情来了:Steinberg variety上的(Borel-Moore)homology同构于g(或者说G)的Weyl group的群代数。于是Weyl group的表示论就被放到几何中了。上述中的李群G可以用任何有限维紧李群代替,都有类似的结果。

2. D-modules

根据Etingof的课,(lecture notes可以在Etingof的主页找到)D-modules最初出现的动机是纯分析问题,关于函数的解析延拓,后来发现这种问题可以转化成纯代数问题,考虑某个variety上所有differential operators组成的algebra/ring上的模论,也就是其表示论。事实上每个D-module都是某个微分方程(组)的所有解组成的,所以D-modules的理论跟微分方程有一定联系。

另一方面,某个variety上所有differential operators组成的环是该variety的coordinate ring的一个量子化,因此D-modules的理论在deformation/quantization的研究中也相当重要。

3. Hall algebras

这个是把quivers和Lie algebras联系起来的一个理论,了解quivers和Lie algebras的话会知道二者的分类都是用Dynkin diagrams,那么同一个Dynkin diagram对应的quiver的loop algebra和李代数之间也应该有联系。

Ringel对给定quiver构造了Hall algebra,并且证明了其同构于对应李代数(的Borel subalgebra)的量子群。而后Lusztig用perverse sheaves定义了Hall category,是Hall algebra的(弱)范畴化,也是著名的Lusztig’s geometric construction of canonical bases(据Zelevinsky和Fomin说这是他们定义cluster algebra的最初动机)。

4. Nakajima quiver varieties

这是从quiver构造李代数的另一种方式(构造过程用到了同调),比Hall algebra更神奇的是这种方式还给出了李代数的最高权表示的构造。这是Nakajima最初定义这个东西的动机,后来大家发现这个东西神奇之处远非如此而已。比如构造中用到了doubled quiver,对应的moduli space of representations就产生了cotangent bundle的结构,进而有辛结构。构造中同样用到了GIT quotient,从GIT quotient到geometric quotient有满射,可以证明在Nakajima的构造中GIT quotient是光滑的。因此Nakajima quiver varieties提供了symplectic resolutions中很重要的一类例子。很多做几何的人也很关心symplectic resolutions的性质,所以Nakajima quiver varieties的研究现在很热门。

5. categorification

把一个代数进行范畴化有两种方式:a.构造一个范畴,然后该范畴的K理论是原来的代数;b.Grothendieck sheaf-to-function correspondence。方式a适用范围更广,方式b更容易构造,但是如果方式b适用,应该跟a得到等价的范畴。

其中比较特别的一类,是李代数表示的范畴化,也叫categorical Kac-Moody action,除了上面说的之外还有其他条件要满足,好处是可以引入Hecke algebra及其表示,进而利用相关的结果。这也是目前关于范畴化的研究中最活跃的部分,比较漂亮的结果就是KLR algebras(Khovanov-Lauda-Rouquier),也叫quiver Hecke algebras。

6. Langlands program

好吧这个我不懂,一直停留在被科普阶段,每次被科普都先科普物理,但是我不懂物理,所以听着听着就听不下去了。

写得很仓促,又很长,各种疏漏敬请指正。