Квантовая группа
Алгебраическая структура → Теория групп Теория групп |
---|
![]() |
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Июль 2024 г. ) |
В математике и теоретической физике термин «квантовая группа» обозначает один из нескольких видов некоммутативных алгебр с дополнительной структурой. К ним относятся квантовые группы типа Дринфельда-Джимбо (которые являются квазитреугольными алгебрами Хопфа ), компактные матричные квантовые группы (которые являются структурами на сепарабельных C*-алгебрах с единицей ) и квантовые группы с двойным произведением. Несмотря на свое название, они сами по себе не имеют естественной групповой структуры, хотя в некотором смысле они «близки» к группе.
Термин «квантовая группа» впервые появился в теории квантовых интегрируемых систем , которая затем была формализована Владимиром Дринфельдом и Мичио Джимбо как особый класс алгебры Хопфа . Тот же термин также используется для других алгебр Хопфа, которые деформируют классические группы Ли или алгебры Ли или близки к ним , например, класс квантовых групп «двойного произведения», введенный Шаном Маджидом вскоре после работы Дринфельда и Джимбо.
В подходе Дринфельда квантовые группы возникают как алгебры Хопфа, зависящие от вспомогательного параметра q или h , которые становятся универсальными обертывающими алгебрами некоторой алгебры Ли, часто полупростой или аффинной , когда q = 1 или h = 0. Тесно связаны некоторые двойственные объекты. , также алгебры Хопфа и также называемые квантовыми группами, деформирующие алгебру функций на соответствующей полупростой алгебраической группе или компактной группе Ли .
Интуитивное значение
[ редактировать ]Открытие квантовых групп было весьма неожиданным, поскольку давно было известно, что компактные группы и полупростые алгебры Ли являются «жесткими» объектами, иными словами, они не могут быть «деформированы». Одна из идей, лежащих в основе квантовых групп, заключается в том, что если мы рассмотрим структуру, которая в некотором смысле эквивалентна, но больше, а именно групповую алгебру или универсальную обертывающую алгебру , то групповая алгебра или обертывающая алгебра могут быть «деформированы», хотя деформация будет больше не остается групповой алгеброй или обертывающей алгеброй. Точнее, деформация может быть осуществлена в категории алгебр Хопфа , от которых не требуется быть ни коммутативными , ни кокоммутативными . Можно думать о деформированном объекте как об алгебре функций в «некоммутативном пространстве» в духе некоммутативной геометрии Конна Алена . Однако эта интуиция пришла после того, как определенные классы квантовых групп уже доказали свою полезность при изучении квантового уравнения Янга – Бакстера и квантового метода обратной задачи рассеяния. разработанные Ленинградской школой ( Людвиг Фаддеев , Леон Тахтаян , Евгений Склянин , Николай Решетихин и Владимир Корепин ) и связанные с ними работы Японской школы. [1] Интуиция, лежащая в основе второго класса квантовых групп, бикросспроизведения , была иной и возникла в результате поиска самодуальных объектов как подхода к квантовой гравитации . [2]
Квантовые группы типа Дринфельда – Джимбо
[ редактировать ]Один тип объектов, обычно называемый «квантовой группой», появился в работах Владимира Дринфельда и Мичио Джимбо как деформация универсальной обертывающей алгебры полупростой алгебры Ли или, в более общем смысле, алгебры Каца – Муди , в категории Хопфа. алгебры . Полученная алгебра имеет дополнительную структуру, превращающую ее в квазитреугольную алгебру Хопфа .
Пусть A = ( a ij ) — матрица Картана алгебры Каца–Муди, и пусть q ≠ 0, 1 — комплексное число, тогда квантовая группа U q ( G ), где G — алгебра Ли, матрица Картана которой является A , определяется как с единицей ассоциативная алгебра с генераторами k λ (где λ является элементом решетки весов , т.е. 2(λ, α i )/(α i , α i ) является целым числом для всех i ), и e i и f i (для простых корней α i ), подчиняющихся следующим соотношениям:
А при i ≠ j мы имеем q -отношения Серра, которые являются деформациями отношений Серра :
где q-факториал , q-аналог обычного факториала , определяется рекурсивно с использованием q-числа:
В пределе при q → 1 эти соотношения приближаются к соотношениям для универсальной обертывающей алгебры U ( G ), где
и t λ — элемент подалгебры Картана, удовлетворяющий условию ( t λ , h ) = λ ( h ) для всех h в подалгебре Картана.
Существуют различные коассоциативные копроизведения , при которых эти алгебры являются алгебрами Хопфа, например,
где набор генераторов был расширен, если необходимо, чтобы включить k λ для λ , который выражается как сумма элемента решетки весов и половины элемента корневой решетки .
Кроме того, любая алгебра Хопфа приводит к другой с обратным копроизведением T o ∆, где T задается формулой T ( x ⊗ y ) = y ⊗ x , что дает еще три возможных версии.
Единица ε на U q ( A ) одинакова для всех этих копроизведений: ε ( k λ ) = 1, ε ( e i ) = ( f i ) = 0, а соответствующие антиподы для вышеуказанных копроизведений определяются выражением
Альтернативно, квантовую группу U q ( G ) можно рассматривать как алгебру над полем C ( q ), полем всех рациональных функций неопределенного q над C .
Аналогично, квантовую группу U q ( G ) можно рассматривать как алгебру над полем Q ( q ), полем всех рациональных функций неопределенного q над Q (см. ниже в разделе о квантовых группах при q = 0). . Центр квантовой группы можно описать квантовым определителем.
Теория представлений
[ редактировать ]Точно так же, как существует множество различных типов представлений алгебр Каца–Муди и их универсальных обертывающих алгебр, так и существует множество различных типов представлений квантовых групп.
Как и все алгебры Хопфа, U q ( G ) имеет присоединенное к себе представление в виде модуля, причем действие задается формулой
где
Случай 1: q не является корнем из единицы
[ редактировать ]Одним из важных типов представления является весовое представление, и соответствующий модуль называется весовым модулем. Весовой модуль — это модуль с базой из весовых векторов. Весовой вектор — это ненулевой вектор v такой, что k λ · v = d λ v для всех λ , где d λ — комплексные числа для всех весов λ такие, что
- для всех весов λ и µ .
Весовой модуль называется интегрируемым, если действия i и fi локально e нильпотентны (т. е. для любого вектора v в модуле существует целое положительное число k , возможно, зависящее от v , такое, что для всех я ). В случае интегрируемых модулей комплексные числа d λ, связанные с весовым вектором, удовлетворяют , [ нужна ссылка ] где ν — элемент решетки весов, а c λ — комплексные числа такие, что
- для всех весов λ и µ ,
- для всех я .
Особый интерес представляют представления с наивысшим весом и соответствующие им модули с наибольшим весом. Модуль с наибольшим весом — это модуль, порожденный весовым вектором v , при условии k λ · v = d λ v для всех весов µ и e i · v = 0 для всех i . Аналогично, квантовая группа может иметь представление с наименьшим весом и модуль с наименьшим весом, т.е. модуль, порожденный весовым вектором v , при условии, что k λ · v = d λ v для всех весов λ и f i · v = 0 для всех я .
Определим вектор v так, чтобы он имел вес ν, если для всех λ в решетке весов.
Если G — алгебра Каца–Муди, то в любом неприводимом представлении U q ( G ) со старшим весом ν кратности весов равны их кратностям в неприводимом представлении U ( G ) с равным старшим весом. масса. Если старший вес является доминантным и целым (вес µ является доминантным и целым, если µ удовлетворяет условию, что является неотрицательным целым числом для всех i ), то весовой спектр неприводимого представления инвариантен относительно группы Вейля для G и представление интегрируемо.
И наоборот, если модуль старшего веса интегрируем, то его вектор старшего веса v удовлетворяет условию , где c λ · v = d λ v — комплексные числа такие, что
- для всех весов λ и µ ,
- для всех я ,
и ν является доминирующим и интегральным.
Как и во всех алгебрах Хопфа, тензорное произведение двух модулей является другим модулем. Для элемента x из U q (G) и векторов v и w в соответствующих модулях x ⋅ ( v ⊗ w ) = Δ( x ) ⋅ ( v ⊗ w ), так что , а в случае копроизведения ∆ 1 , и
Описанный выше интегрируемый модуль старшего веса представляет собой тензорное произведение одномерного модуля (на котором k λ = c λ для всех λ и e i = fi = 0 для всех i ) и модуля старшего веса, порожденного ненулевым вектор v 0 при условии для всех весов λ и для всех я .
В частном случае, когда G — конечномерная алгебра Ли (как частный случай алгебры Каца–Муди), неприводимые представления с доминирующими целочисленными старшими весами также являются конечномерными.
В случае тензорного произведения модулей старшего веса его разложение на подмодули такое же, как и для тензорного произведения соответствующих модулей алгебры Каца–Муди (старшие веса одинаковы, как и их кратности).
Случай 2: q — корень из единицы
[ редактировать ]Квазитреугольность
[ редактировать ]Случай 1: q не является корнем из единицы
[ редактировать ]Строго говоря, квантовая группа U q ( G ) не является квазитреугольной, но ее можно рассматривать как «почти квазитреугольную», поскольку существует бесконечная формальная сумма, которая играет роль R -матрицы . бесконечная формальная сумма выражается через генераторы e i и fi Эта и генераторы Картана t λ , где k λ формально отождествляется с q т λ . Бесконечная формальная сумма является произведением двух факторов: [ нужна ссылка ]
и бесконечная формальная сумма, где λ j — базис пространства, двойственного к подалгебре Картана, µ j — двойственный базис и η = ±1.
Формальная бесконечная сумма, играющая роль R -матрицы, оказывает вполне определенное действие на тензорное произведение двух неприводимых модулей старшего веса, а также на тензорное произведение двух модулей младшего веса. В частности, если v имеет вес α , а w имеет вес β , то
а тот факт, что оба модуля являются модулями со старшим весом или оба модуля с наименьшим весом, сводит действие другого множителя на v ⊗ W к конечной сумме.
В частности, если V — модуль со старшим весом, то формальная бесконечная сумма R имеет четко определенное и обратимое действие на V ⊗ V , и это значение R (как элемента End( V ⊗ V )) удовлетворяет уравнению Янга–Бакстера и, следовательно, позволяет нам определить представление группы кос и определить квазиинварианты для узлов , связей и кос .
Случай 2: q — корень из единицы
[ редактировать ]Квантовые группы при q = 0
[ редактировать ]Масаки Кашивара исследовал предельное поведение квантовых групп при q → 0 и обнаружил особенно хорошо ведущее себя основание, называемое кристаллическим основанием .
Описание и классификация по корневым системам и диаграммам Дынкина.
[ редактировать ]Был достигнут значительный прогресс в описании конечных факторов квантовых групп, таких как приведенная выше U q ( g ) для q н = 1; обычно рассматривают класс точечных алгебр Хопфа , что означает, что все простые левые или правые комодулы одномерны и, таким образом, сумма всех его простых подкоалгебр образует групповую алгебру, называемую корадикалом :
- В 2002 году Х.-Ж. Шнайдер и Н. Андрускевич. [3] завершили классификацию точечных алгебр Хопфа с абелевой корадикальной группой (исключая простые числа 2, 3, 5, 7), тем более, что указанные выше конечные факторы U q ( g ) разлагаются на E ′ s (борелевская часть), двойственные F ′s и K ′s (алгебра Картана), как и обычные полупростые алгебры Ли :
- Здесь, как и в классической теории, V представляет собой плетеное векторное пространство размерности n, натянутое на E s, а σ (так называемое скручивание коцикла) создает нетривиальную связь между E s и F s. Обратите внимание, что в отличие от классической теории может появиться более двух связанных компонентов. Роль квантовой борелевской алгебры играет алгебра Николса плетеного векторного пространства.
обобщенная диаграмма Дынкина для точечной алгебры Хопфа, связывающая четыре копии A3
- Решающим моментом была классификация И. Хекенбергером конечных алгебр Николса для абелевых групп в терминах обобщенных диаграмм Дынкина . [4] Когда присутствуют маленькие простые числа, возникают некоторые экзотические примеры, такие как треугольник (см. Также рисунок диаграммы Данкина 3-го ранга).

- Тем временем Шнайдер и Хекенбергер [5] в целом доказали существование арифметической системы корней также в неабелевом случае, порождая базис PBW , как это доказал Харчеко в абелевом случае (без предположения о конечной размерности). Это можно использовать [6] в конкретных случаях U q ( g ) и объясняет, например, численное совпадение между некоторыми коидеальными подалгебрами этих квантовых групп и порядком группы Вейля алгебры Ли g .
Компактные матричные квантовые группы
[ редактировать ]С. Л. Воронович ввел компактные матричные квантовые группы. Компактные матричные квантовые группы представляют собой абстрактные структуры, «непрерывные функции» которых задаются элементами C*-алгебры . Геометрия компактной матричной квантовой группы является частным случаем некоммутативной геометрии .
Непрерывные комплекснозначные функции на компактном хаусдорфовом топологическом пространстве образуют коммутативную С*-алгебру. По теореме Гельфанда коммутативная С*-алгебра изоморфна С*-алгебре непрерывных комплекснозначных функций на компактном хаусдорфовом топологическом пространстве, причем топологическое пространство однозначно определяется С*-алгеброй с точностью до гомеоморфизма .
Для компактной топологической группы G существует гомоморфизм C*-алгебры ∆: C ( G ) → C ( G ) ⊗ C ( G ) (где C ( G ) ⊗ C ( G ) — тензор C*-алгебры произведение — пополнение алгебраического тензорного произведения C ( G ) и C ( G )), такое что ∆( f )( x , y ) = f ( xy ) для всех f ∈ C ( G ), и для всех x , y ∈ G (где ( f ⊗ g )( x , y ) знак равно f ( x ) g ( y ) для всех f , g ∈ C ( G ) и всех x , y ∈ G ). Также существует линейное мультипликативное отображение κ : C ( G ) → C ( G ), такое что κ ( f )( x ) = f ( x −1 ) для всех f ∈ C ( G ) и всех x ∈ G . Строго говоря, это не делает C ( G ) алгеброй Хопфа, если только G не конечна. С другой стороны, конечномерное представление G ) , можно использовать для создания *-подалгебры C ( G которая также является *-алгеброй Хопфа. В частности, если является n- мерным представлением группы G , то для всех i , j u ij ∈ C ( G ) и
Отсюда следует, что *-алгебра, порожденная u ij для всех i, j и κ ( u ij ) для всех i, j, является *-алгеброй Хопфа: единица определяется соотношением ε( u ij ) = δ ij для всех i , j (где δ ij — дельта Кронекера ), антипод — κ , а единица измерения —
Общее определение
[ редактировать ]В качестве обобщения компактная матричная квантовая группа определяется как пара ( C , u ), где C — C*-алгебра и - это матрица с элементами в C такая, что
- *-подалгебра C0 в C C , порожденная матричными элементами u плотна в ; ,
- Существует гомоморфизм C*-алгебры, называемый коумножением ∆: C → C ⊗ C (где C ⊗ C — тензорное произведение C*-алгебры — пополнение алгебраического тензорного произведения C и C ), такой, что для всех i у нас есть:
- Существует линейное антимультипликативное отображение κ: C 0 → C 0 (коинверсия) такое, что κ ( κ ( v *)*) = v для всех v ∈ C 0 и
где I — единичный C. элемент Поскольку κ антимультипликативен, то κ ( vw ) = κ ( w ) κ ( v для всех v , w в C0 . )
Вследствие непрерывности коумножение на C коассоциативно.
В общем случае C не является биалгеброй и является C0 *-алгеброй Хопфа.
Неформально C можно рассматривать как *-алгебру непрерывных комплекснозначных функций над компактной матричной квантовой группой, а u можно рассматривать как конечномерное представление компактной матричной квантовой группы.
Представительства
[ редактировать ]Представление компактной матричной квантовой группы задается кор-представлением *-алгебры Хопфа (кор-представлением коунитальной коассоциативной коалгебры A является квадратная матрица с записями в A (поэтому v принадлежит M( n , A )) такие, что
для всех i , j и ε ( v ij ) = δ ij для всех i, j ). Более того, представление v называется унитарным, если матрица для v унитарна (или, что то же самое, если κ( v ij ) = v* ij для всех i , j ).
Пример
[ редактировать ]Примером компактной матричной квантовой группы является SU µ (2), где параметр µ является положительным действительным числом. Итак, SU µ (2) = (C(SU µ (2)), u ), где C(SU µ (2)) – C*-алгебра, порожденная α и γ, с учетом
и
так что коумножение определяется соотношением ∆(α) = α ⊗ α − γ ⊗ γ*, ∆(γ) = α ⊗ γ + γ ⊗ α*, а коинверсия определяется соотношением κ(α) = α*, κ (в) = −m −1 γ, κ(γ*) = −μγ*, κ(α*) = α. Обратите внимание, что u — представление, но не унитарное представление. u эквивалентно унитарному представлению
Эквивалентно, SU µ (2) = (C(SU µ (2)), w ), где C(SU µ (2)) — C*-алгебра, порожденная α и β, с учетом
и
так что коумножение определяется соотношением ∆(α) = α ⊗ α − µβ ⊗ β*, Δ(β) = α ⊗ β + β ⊗ α*, а коинверсия определяется соотношением κ(α) = α*, κ (б) = −m −1 β, κ(β*) = −μβ*, κ(α*) = α. Обратите внимание, что w — унитарное представление. Реализации можно идентифицировать, приравнивая .
Когда µ = 1, то SU µ (2) равна алгебре C (SU(2)) функций на конкретной компактной группе SU(2).
Квантовые группы бикросспроизведения
[ редактировать ]В то время как компактные матричные псевдогруппы обычно представляют собой версии квантовых групп Дринфельда-Джимбо в формулировке алгебры двойственных функций с дополнительной структурой, псевдогруппы с двойным произведением представляют собой отдельное второе семейство квантовых групп, значение которых возрастает как деформации разрешимых, а не полупростых групп Ли. Они связаны с лиевыми расщеплениями алгебр Ли или локальными факторизациями групп Ли и могут рассматриваться как векторное произведение или квантование Макки одного из факторов, действующих на другой для алгебры, и аналогичная история для копроизведения Δ со вторым множителем. действуя в ответ на первое.
Самый простой нетривиальный пример соответствует двум копиям R, локально действующим друг на друга, и приводит к квантовой группе (данной здесь в алгебраической форме) с генераторами p , K , K −1 , скажем, и копроизведение
где h — параметр деформации.
Эта квантовая группа была связана с игрушечной моделью физики в масштабе Планка, реализующей борновскую взаимность , если рассматривать ее как деформацию алгебры Гейзенберга квантовой механики. Кроме того, начиная с любой компактной вещественной формы полупростой алгебры Ли g, ее комплексификация в качестве вещественной алгебры Ли удвоенной размерности распадается на g и некоторую разрешимую алгебру Ли ( разложение Ивасавы ), и это дает каноническую квантовую группу с двойным произведением, связанную с г . Для su (2) получается квантовая групповая деформация евклидовой группы E(3) движений в трёх измерениях.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Швиберт, Кристиан (1994), Обобщенное квантовое обратное рассеяние , с. 12237, arXiv : hep-th/9412237v3 , Bibcode : 1994hep.th...12237S
- ^ Маджид, Шан (1988), «Алгебры Хопфа для физики в масштабе Планка», Classical and Quantum Gravity , 5 (12): 1587–1607, Bibcode : 1988CQGra...5.1587M , CiteSeerX 10.1.1.125.6178 , doi : 10.1088/0264-9381/5/12/010
- ^ Андрускевич, Шнайдер: Острые алгебры Хопфа, Новые направления в алгебрах Хопфа, 1–68, Матем. наук. Рез. Инст. Публикация, 43, Кембриджский университет. Пресс, Кембридж, 2002.
- ^ Хекенбергер: Алгебры Николса диагонального типа и арифметические корневые системы, докторская диссертация 2005 г.
- ^ Хекенбергер, Шнайдер: Система корней и группоид Вейля для алгебр Николса, 2008.
- ^ Хекенбергер, Шнайдер: Правокоидеальные подалгебры алгебр Николса и порядок Дюфло группы Вейля, 2009.
Ссылки
[ редактировать ]- Гренсинг, Герхард (2013). Структурные аспекты квантовой теории поля и некоммутативной геометрии . Всемирная научная. дои : 10.1142/8771 . ISBN 978-981-4472-69-2 .
- Джаганнатан, Р. (2001). «Некоторые вводные заметки о квантовых группах, квантовых алгебрах и их приложениях». arXiv : math-ph/0105002 .
- Кассель, Кристиан (1995), Квантовые группы , Тексты для выпускников по математике, том. 155, Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag, номер номера : 10.1007/978-1-4612-0783-2 , ISBN. 978-0-387-94370-1 , МР 1321145
- Люстиг, Джордж (2010) [1993]. Введение в квантовые группы . Кембридж, Массачусетс: Биркхойзер. ISBN 978-0-817-64716-2 .
- Маджид, Шан (2002), Учебник по квантовым группам , Серия лекций Лондонского математического общества, том. 292, Издательство Кембриджского университета, номер домена : 10.1017/CBO9780511549892 , ISBN. 978-0-521-01041-2 , г-н 1904789
- Маджид, Шан (январь 2006 г.), «Что такое… квантовая группа?» (PDF) , Уведомления Американского математического общества , 53 (1): 30–31 , получено 16 января 2008 г.
- Подлес, П.; Мюллер, Э. (1998), «Введение в квантовые группы», Обзоры по математической физике , 10 (4): 511–551, arXiv : q-alg/9704002 , Bibcode : 1998RvMaP..10..511P , doi : 10.1142 /S0129055X98000173 , S2CID 2596718
- Шнайдер, Стивен ; Штернберг, Шломо (1993). Квантовые группы: от коалгебры к алгебрам Дринфельда . Тексты для аспирантов по математической физике. Том. 2. Кембридж, Массачусетс: Международная пресса.
- Стрит, Росс (2007), Квантовые группы , Серия лекций Австралийского математического общества, том. 19, Издательство Кембриджского университета, номер домена : 10.1017/CBO9780511618505 , ISBN. 978-0-521-69524-4 , МР 2294803