幾何結構、(G,X)幾何與泰希米勒理論

映射類群

拿起一個曲面,用手把它重新排列而不撕裂——你可以扭一個把手、交換兩個洞、把它翻面。某些這樣的重排可以連續地滑回到「什麼都不做」(那些是「看不見的」);其他則真正置換曲面的特徵、無法靠滑動撤銷。映射類群恰好收集真正不同的重排:曲面在連續形變下的對稱。它是曲面的離散對稱群,即使對一個兩洞曲面也龐大而精巧。

精確地說,對可定向曲面 S,映射類群 MCG(S)(也寫作 Mod(S))是 S 的保定向自同胚的同痕類所成的群:取所有同胚 f: S -> S,並當其一可連續形變(同痕)為另一個時宣告二者相同。映射的合成給出群運算。德恩扭轉——沿一條簡單閉曲線切開,把一側旋轉整一圈,再重黏——生成整個群(德恩-利科里什定理);其中有限多個即足夠。對虧格 g 的閉曲面,MCG 是有限表現的無窮群,具豐富的代數結構。

它的核心角色是動力學的:MCG(S) 藉改變標記真不連續地作用於泰希米勒空間 T(S),而商 T(S) / MCG(S) 恰是模空間 M(S)。故研究曲面到「全部」對稱為止,便意味理解這個作用。尼爾森-瑟斯頓分類把每個映射類歸為週期、可約或擬阿諾索夫,而擬阿諾索夫者——以固定倍數 lambda > 1 拉伸一個葉狀結構並收縮另一個——是纖維化於圓上的雙曲三維流形之源,把曲面動力學直接繫於三維流形幾何。

在環面 T^2 上,映射類群恰為 SL(2, Z):一個自同胚在同痕下由記錄它如何置換 pi_1(T^2) = Z^2 兩條基迴圈的整數矩陣決定,而保定向迫使行列式為 +1。沿一條基曲線的德恩扭轉是矩陣 [1, 1; 0, 1];矩陣為 [2, 1; 1, 1] 的映射是擬阿諾索夫(它是阿諾索夫,拉伸因子為較大特徵值 (3 + sqrt 5)/2),其映射環是一個 Sol 幾何的三維流形。

環面的映射類群 = SL(2,Z);一個擬阿諾索夫類有 Sol 映射環,把曲面動力學繫於三維幾何。

依慣例,映射類群是保「定向」同胚的同痕類所成的群;把保定向反轉者也納入則得「擴展」映射類群,MCG 是其指數 2 的子群。又,對曲面而言同胚的同痕與同倫一致,但這是定理而非定義。

又称
MCGTeichmüller modular groupthe modular group of a surfaceMod(S)映射類群