可縮空間(contractible space)
可縮空間是指能在自身之內連續地縮成單一個點的空間。想像一團黏土,你能把它慢慢塌縮到它自己的某一顆顆粒上而始終不撕裂;實心球能做到,但帶把手的咖啡杯(環面)做不到,因為那個洞會擋路。可縮性是同倫論裡用來說一個空間「不含任何種類的洞」的方式——它簡單到如同一個點所能造就的地步。
形式上,若恆等映射 id_X 與某個常值映射同倫,則 X 可縮。等價地,X 與單點空間 {*} 同倫等價:有一個到該點的映射與一個(任選基點的)回來的映射,其複合各自與恆等映射同倫。滿足 H(x, 0) = x 且對某固定 x_0 有 H(x, 1) = x_0 的同倫 H: X x [0,1] -> X 稱為一個收縮;換個方向讀,凡進入可縮空間的映射、以及凡從可縮空間映到「良好」目標的映射,在同倫意義下都表現得盡可能平凡。
可縮空間是這套理論裡的平凡對象:它們所有的同倫群與(約化)同調群皆消失,對每個 n 有 pi_n = 0,且任意兩個進入可縮空間的映射皆同倫。R^n 的每個凸子集(其實每個星形子集)都因到某中心的直線同倫而可縮。兩點誠實的提醒:可縮並不等同於單連通——單連通只殺掉 pi_1,而可縮殺掉每個 pi_n——且可縮空間不必是一個點、甚至不必看起來簡單(無窮維球面 S^infinity 可縮,也存在遠非顯然可縮的可縮二維複形)。
R^n 中任意凸集 C——圓盤、立方體、半空間、乃至整個 R^n——皆可縮:固定 C 中一點 c_0,用 H(x, t) = (1 - t) x + t c_0,由凸性此同倫不離開 C,並在 t = 1 時把一切縮到 c_0。
凸性免費給出可縮性;這正是幾何中諸多局部圖像(坐標卡、頂點的星形鄰域)在同倫意義下平凡的原因。
切勿把可縮與單連通畫上等號:單連通只是 pi_1 = 0,而可縮強迫每個 pi_n = 0;S^2 單連通卻絕非可縮(pi_2(S^2) = Z)。