相伴叢(associated bundle)
一旦你有了一個主 G-叢——一個對稱叢——你就能用群所作用的任何空間製造出一個伴隨的叢。主叢提供扭轉(你在底空間移動時纖維如何黏合),而選定的 G 在模型纖維 F 上的作用提供內容。結果就是相伴叢:它扭轉得和 P 一模一樣,但纖維是 F 的副本。於是由一個標架叢,你便得到切叢、所有張量叢、密度叢、旋量叢等等——全都共用 P 的黏合。
精確地說:給定主 G-叢 P -> M 與 G 在某空間 F 上的左作用,作 P times F 並對對角 G-作用 (p, f) ~ (p.g, g^{-1}.f) 取商。此商記為 P times_G F,是 M 上以 F 為纖維的纖維叢,其轉移函數是 P 的轉移函數 g_{ij}: U_i cap U_j -> G 在 F 上作用下的像。當 F = R^k 且 G 經由線性表示 rho: G -> GL(k) 作用時,相伴叢就是一個向量叢——這正是結構群的表示如何化為向量叢的途徑。黏合中那個扭轉的 g^{-1},使得相伴叢的截面對應於等變函數 P -> F,這是與它們計算的清爽方式。
這個構造是由單一主叢產生每個幾何物件的引擎:GL(n) 的標準表示給出 TM、其對偶給出 T*M、張量冪給出張量場、行列式表示給出密度/定向線叢,而對一個自旋結構,旋量表示給出旋量場。在規範理論中,物質場是相伴於規範群表示之叢的截面。一句口號:主叢加表示等於向量叢,而轉動相伴叢這部曲柄,正是單一個對稱叢如何生成整座物理與幾何場的動物園。
從標架叢 Fr(M),一個主 GL(n,R)-叢出發。GL(n,R) 在 R^n 上的標準表示,把切叢作為相伴叢 Fr(M) times_{GL(n)} R^n 還原回來。對偶表示給出 T*M;在 Lambda^k (R^n)^* 上的表示給出 k-形式叢。M 上的每個張量叢都是 Fr(M) 相伴於 GL(n,R) 對應張量表示而成的。
一個標架叢、許多相伴叢——每種張量型只是另一個表示而已。
等價關係 (p,f) ~ (p.g, g^{-1}.f) 中那個逆 g^{-1}.f 是本質的、卻容易漏掉;正是它使構造與平凡化無關,並使截面成為等變函數。改用 g.f 一般無法定義出一個叢(作用無法一致地由結構群給出)。