纖維化(fibration)
纖維化是一個就同倫而言表現得像一束平行纖維的映射——一個映射 p: E -> B,你可把它想成基底 B,每一點上方懸掛一份「纖維」的拷貝,黏合得使下方的道路與形變總能提升到上方。它是覆疊空間(其纖維離散)向「纖維可以是整個空間」之情形的同倫論推廣。
其定義性質是同倫提升性質(HLP)。映射 p: E -> B 為纖維化,若給定任意空間 Y、任意映射 Y -> E、以及其投影的任意同倫 H: Y x [0,1] -> B,該同倫都能提升為一個從給定映射出發、且投影為 H 的同倫 Y x [0,1] -> E。換言之:基底中任何形變,連同一個起始提升,都能被帶往上方。對所有 Y 要求 HLP 給出胡列維茨纖維化;只對立方體/CW複形要求則給出較弱但較常見的塞爾纖維化。基點 b_0 上方的纖維是 F = p^{-1}(b_0);對纖維化,不同點上方的纖維皆同倫等價,故「纖維」在同倫意義下良好定義。覆疊空間恰是纖維離散的纖維化;良好基底上的纖維叢是塞爾(其實是胡列維茨)纖維化。
纖維化是同倫群的核心計算工具,正因同倫提升性質強迫出一條聯繫 pi_n(F)、pi_n(E)、pi_n(B) 的長正合序列。該序列把對三個空間中兩個的認識轉化為對第三個的認識,是幾乎每個非平凡同倫群的計算方式。霍普夫纖維化 S^1 -> S^3 -> S^2、一個空間上的道路-迴圈纖維化、以及萬有主叢,都是這樣推導的。誠實的告誡:「諸纖維同倫等價」需要基底道路連通;在不連通的基底上,不同分支可承載確實不同的纖維,而長正合序列是按道路連通分支陳述的。
霍普夫纖維化 S^1 -> S^3 -> S^2 以 3-球面為全空間、2-球面為基底、圓為纖維。利用 pi_n(S^3) 與 pi_n(S^1),它的長正合序列給出 pi_3(S^2) = Z 與 pi_2(S^2) = Z——兩個若赤手空拳將很難達到的著名計算。
霍普夫纖維化加上它的正合序列,幾乎免費地給出 pi_3(S^2) = Z。
並非每個纖維同倫等價的滿射都是纖維化——同倫提升性質才是真正的要求,即使纖維看來一致它也可能失敗。反之,纖維化不必是纖維叢(不要求局部乘積結構);兩個概念有交集但互不包含。