Κατηγορίες Chern

Στα μαθηματικά , ειδικότερα στην αλγεβρική τοπολογία , διαφορική γεωμετρία και Αλγεβρική γεωμετρία , οι Chern κατηγορίες είναι χαρακτηριστικές κατηγορίες που σχετίζονται με πολύπλοκες δέσμες φορέα.
Οι κατηγορίες Chern εισήχθησαν από τον Shiing-Shen Chern το 1946.

Βασική ιδέα και το κίνητρο

Οι κατηγορίες Chern είναι χαρακτηριστικές κατηγορίες. Είναι topological invariants που σχετίζονται με δέσμες φορέα σε μια ομαλή πολλαπλή. Το ζήτημα του κατά πόσον δύο φαινομενικά διαφορετικές δέσμες φορέας είναι το ίδιο μπορεί να είναι αρκετά δύσκολο να απαντηθεί. Οι τάξεις Chern παρέχουν ένα απλό τεστ: αν οι Chern τάξεις ενός ζεύγους δεσμών φορέα δεν συμφωνούν, τότε οι διανυσματικές δέσμες είναι διαφορετικές. Το αντίστροφο, ωστόσο, δεν ισχύει.
Στην τοπολογία, διαφορική γεωμετρία και Αλγεβρική γεωμετρία, είναι συχνά σημαντικό να μετρηθεί πόσες γραμμικά ανεξάρτητες ενότητες έχει ένας φορέας δέσμη. Οι κατηγορίες Chern προσφέρουν κάποιες πληροφορίες σχετικά με αυτό, για παράδειγμα, το θεώρημα Riemann-Roch και το θεώρημα του δείκτη Atiyah-Singer
Οι τάξεις Chern είναι επίσης εφικτό να υπολογιστούν στην πράξη. Στη διαφορική γεωμετρία (και με ορισμένους τύπους από Αλγεβρική γεωμετρία), οι τάξεις Chern μπορούν να εκφραστούν ως πολυώνυμα στους συντελεστές της μορφής καμπυλότητας .

Η κατασκευή των κατηγοριών Chern

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι προσέγγισης του θέματος, καθένας από τους οποίους εστιάζει σε μια ελαφρώς διαφορετική πτυχή της κατηγορίας Chern.
Η αρχική προσέγγιση στις κατηγορίες Chern ήταν μέσω της Αλγεβρικής Τοπολογίας: οι τάξεις Chern προκύπτουν μέσω της ομοτοπικής θεωρίας η οποία παρέχει μια χαρτογράφηση που σχετίζεται με έναν χώρο V σε ένα χώρο ταξινόμησης (ένας άπειρος  σε Grassmannian αυτή την περίπτωση). Για κάθε διανυσματική δέσμη V πάνω από ένα συλλέκτη Μ , υπάρχει μια αντιστοίχιση της f από το Μ προς το χώρο διαλογής, έτσι ώστε η δέσμη V είναι ίση με την pullback , με f , μιας καθολικής δέσμης πάνω από το χώρο διαλογής, και τις τάξεις Chern του V μπορεί επομένως να οριστεί ως η υποχώρηση των Chern τάξεων της καθολικής δέσμης. Αυτές οι καθολικές τάξεις Chern με τη σειρά τους μπορούν να γραφτούν ρητά από την άποψη των κύκλων Schubert
Μπορεί να αποδειχθεί ότι για κάθε δύο αντιστοιχίσεις f , g από το Μ προς το χώρο διαλογής των οποίων pullbacks ανήκουν στην ίδια δέσμη V , οι αντιστοιχίσεις πρέπει να είναι homotopic. Ως εκ τούτου, η υποχώρηση είτε f ή g οποιασδήποτε γενικής κατηγορίας Chern σε μια κατηγορία cohomology του Μ πρέπει να είναι της ίδιας τάξης. Αυτό δείχνει ότι οι Chern τάξεις V είναι ακριβώς καθορισμένες.
Η προσέγγιση που χρησιμοποιείται στη διαφορική γεωμετρία: οι κατηγορίες Chern, μέσω της προσέγγισης καμπυλότητας που περιγράφεται κατά κύριο λόγο σε αυτό το άρθρο, ‘εδειξε ότι ο προγενέστερος ορισμός ήταν στην πραγματικότητα ισοδύναμος με αυτόν της προσέγγισης της καμπυλότητας. Η προκύπτουσα θεωρία είναι γνωστή ως θεωρία Chern-Weil .
Υπάρχει επίσης μια προσέγγιση του Alexander Grothendieck η οποία δείχνει ότι αξιωματικά αρκεί να οριστεί μόνο στην περίπτωση μιας ευθείας δέσμης.
Οι τάξεις Chern προκύπτουν φυσικά από την Αλγεβρική γεωμετρία . Οι γενικευμένες κατηγορίες Chern στην αλγεβρική γεωμετρία μπορούν να οριστούν ως δέσμες φορέα σε οποιαδήποτε ομαλή ποικιλία. Οι αλγεβρο-γεωμετρικές τάξεις Chern δεν απαιτούν το υποκειμενικό πεδίο για να έχουν οποιεσδήποτε ειδικές ιδιότητες. Ειδικότερα, ο φορέας δέσμης δεν χρειάζεται κατ 'ανάγκη να είναι περίπλοκος.
Ανεξάρτητα από το συγκεκριμένο παράδειγμα ,η (διαισθητική) έννοια της τάξης του Chern αφορά ‘’ απαιτούμενα μηδενικά ‘’ του τμήματος ενός φορέα για παράδειγμα το θεώρημα λέει πως δεν μπορεί να χτενίσει κάποιος μια ισόπεδη τριχωτή μπάλα . Αν και αυτό είναι ‘’τρόπος του λέγειν’’, σχετικά με έναν πραγματικό φορέα (οι τρίχες στη μπάλα είναι στην πραγματικότητα αντίγραφα μιας νοητής γραμμής).Υπάρχουν γενικεύσεις στις οποίες οι τρίχες είναι σύνολο (βλέπε παράδειγμα του θεωρήματος, στην πολύπλοκη μαλλιαρή μπάλα παρακάτω ) , ή η προβολή μιας διάστασης σε πολλούς άλλους τομείς.  
Βλ.Chern–Simons για περισσότερες πληροφορίες .

Chern numbers

If we work on an oriented manifold of dimension 2n, then any product of Chern classes of total degree 2n can be paired with the orientation homology class (or "integrated over the manifold") to give an integer, a Chern number of the vector bundle. For example, if the manifold has dimension 6, there are three linearly independent Chern numbers, given by c₁³, c₁c₂, and c₃. In general, if the manifold has dimension 2n, the number of possible independent Chern numbers is the number of partitions of n.
The Chern numbers of the tangent bundle of a complex (or almost complex) manifold are called the Chern numbers of the manifold, and are important invariants.

The Chern class in generalized cohomology theories

There is a generalization of the theory of Chern classes, where ordinary cohomology is replaced with a generalized cohomology theory. The theories for which such generalization is possible are called complex orientable. The formal properties of the Chern classes remain the same, with one crucial difference: the rule which computes the first Chern class of a tensor product of line bundles in terms of first Chern classes of the factors is not (ordinary) addition, but rather a formal group law.

Chern classes of manifolds with structure

The theory of Chern classes gives rise to cobordism invariants for almost complex manifolds.
If M is an almost complex manifold, then its tangent bundle is a complex vector bundle. The Chern classes of M are thus defined to be the Chern classes of its tangent bundle. If M is also compact and of dimension 2d, then each monomial of total degree 2d in the Chern classes can be paired with the fundamental class of M, giving an integer, a Chern number of M. If M′ is another almost complex manifold of the same dimension, then it is cobordant to M if and only if the Chern numbers of M′ coincide with those of M.
The theory also extends to real symplectic vector bundles, by the intermediation of compatible almost complex structures. In particular, symplectic manifolds have a well-defined Chern class.

Chern classes on arithmetic schemes and Diophantine equations

(See Arakelov geometry)