陳特徵(Chern character)
/ CHURN / CHEN /
K 理論與普通上同調是叢的兩套不同記帳系統。它們在整係數下看起來很不一樣,但在有理意義下理當攜帶相同的資訊,於是人們想要一本精確的字典把一者翻成另一者。陳特徵 ch 就是那本字典:它是從 K 理論到有理偶次數上同調的環同態,並在與有理數做張量後成為同構。
它由分裂原理乾淨地定義。對第一陳類為 x = c_1(L) 的線叢 L,令 ch(L) = exp(x) = 1 + x + x^2/2! + x^3/3! + ...。對一般叢 E,藉分裂假裝 E = L_1 + ... + L_n,陳根為 x_1, ..., x_n,並定義 ch(E) = exp(x_i) 之和 = n + (x_i 之和) + (x_i^2 之和)/2 + ... = 秩 + c_1 + (c_1^2 - 2c_2)/2 + ...。因為 exp 正確地把和變成積,ch 同時是可加與可乘的:ch(E + E') = ch(E) + ch(E') 且 ch(E tensor E') = ch(E) ch(E')。這正是說 ch 是一個環同態 ch: K(X) -> H^even(X; Q),而定理說與 Q 張量後的 ch 是環同構 K(X) tensor Q -> H^even(X; Q)。
陳特徵是「K 理論在有理意義下不過是偶次上同調」這句話的精確意涵。它在指標定理中不可或缺,其中拓樸指標由符號類的 ch 連同陶德類組裝而成。要內化的提醒是「有理」二字:ch 只在與 Q 張量後才是同構。在整係數下,K 理論攜帶嚴格更多的資訊——ch 會湮滅的撓類(它消滅所有撓,因為 H^even(X; Q) 沒有撓)。所以兩個叢可以有相同的陳特徵,卻在 K 理論中相異。
對 c_1(L) = x 的複線叢 L,陳特徵為 ch(L) = 1 + x + x^2/2 + ...。若把兩個線叢張量,c_1(L tensor L') = x + x',而確實 ch(L tensor L') = exp(x + x') = exp(x) exp(x') = ch(L) ch(L')。張量積之 c_1 的指數律正是 ch 乘法性的具體展現。
因為張量積的 c_1 相加,而 exp 把加法變乘法,故 ch 是環映射。
陳特徵只在有理意義下(與 Q 張量後)是同構。它消滅所有撓,故整係數的 K 理論含有 ch 看不到的資訊;陳特徵相等並不蘊含 K 理論類相等。