順從性(amenability)
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你能否在一個無限群上鋪開一個公平、有限可加的「群的比例」,使它在你用群元素平移一切時不變?對有限群這是平凡的——用元素的比例即可。對無限群這是真問題,答案為是的群稱為順從的。順從性是「馴服」群(平均行為合理)與「狂野」群(如自由群,平均災難性地崩潰)之間的深刻分界線。
有許多等價定義;兩個最有用。(1) 不變平均:G 順從,若 G 全體子集上存在一個有限可加的機率測度 mu,左不變,對每個 g 與每個子集 A 有 mu(gA) = mu(A)——一種給每個子集賦予「[0,1] 中大小」、與平移相容的方式。(2) 弗爾納條件:G 順從,若存在幾乎不變的有限子集 F_n,意指對每個生成元 s,對稱差 |s F_n triangle F_n| / |F_n| -> 0——邊界相對於主體很小的集合,故它們在乘法下幾乎不動。這些弗爾納集是幾何核心:順從性說群有邊界與體積比趨於零的子集。有限群、交換群,以及更一般地所有次指數增長的群都順從,且順從性在子群、商、擴張與遞增聯集下保持。
順從性恰是矛盾分解的障礙。群非順從,當且僅當它容許矛盾分解——它能被切成有限多片,這些片經群元素重排後形成它自身的兩個副本,這正是巴拿赫-塔斯基悖論背後的代數引擎。自由群 F_2 非順從且矛盾,這是巴拿赫-塔斯基的根源。蒂茨二擇一說有限生成線性群要嘛含自由子群 F_2(因而非順從)要嘛幾乎可解(因而順從),但此二擇一是線性群特有的:誠實的告誡是「非順從」嚴格比「含自由子群」更一般——存在完全不含自由子群的非順從群(馮諾依曼-戴伊問題,由奧爾尚斯基與阿迪安解決)。所以一般而言切勿把順從性等同於不含自由子群。又注意:順從性並非以人們可能期望的天真方式為擬等距不變量,儘管對有限生成群它在擬等距下不變。
群 Z 順從,由弗爾納集見證:取 F_n = {-n, ..., n},一個含 2n+1 個整數的區間。平移 1 把它送到 {-n+1, ..., n+1},與 F_n 只差 2 個元素,故 |F_n + 1 triangle F_n| / |F_n| = 2/(2n+1) -> 0。邊界相對於主體可忽略,故平均行得通。自由群 F_2 沒有這種集合——它的樹的任何有限子集其邊界與其大小相當——確實 F_2 非順從,並容許巴拿赫-塔斯基背後的矛盾分解。
Z 透過弗爾納集 {-n,...,n} 順從;自由群 F_2 非順從且矛盾。
順從性不等於「不含自由子群」。每個含 F_2 的群都非順從,但馮諾依曼-戴伊問題(由奧爾尚斯基、阿迪安解決)顯示存在不含自由子群的非順從群;該等價只在線性世界內透過蒂茨二擇一成立。