湯姆空間(Thom space)
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給定 X 上的向量叢 E,其全空間是非緊的:每根纖維都是延伸到無窮的 R^n。湯姆空間是把這些無窮收拾乾淨的方法,它把所有的無窮坍縮成單一點,造出一個緊的有基點空間,把叢的扭轉打包成貨真價實的同倫資料。它是叢沿纖維的自然「單點緊化」,也是從叢通往穩定同倫的橋樑。
具體地說,在 E 上配一個度量,取單位圓盤叢 D(E)(長度至多 1 的向量)與單位球面叢 S(E)(長度恰為 1 的向量)。湯姆空間是商 Th(E) = D(E) / S(E):把每根纖維的邊界球面壓成一個共同的基點。等價地它是全空間 E 的單點緊化。當 X 是一點時,E 就是 R^n,而 Th(E) 是 n 維球面 S^n;對一般秩 n 叢,Th(E) 看起來像 X 的「扭轉懸垂」,是一整族球面共享無窮遠那一點的 S^n 叢。
湯姆空間是若干構造的核心:湯姆同構把 X 的上同調與 Th(E) 平移了秩之後的上同調聯繫起來,湯姆類住在 Th(E) 的上同調中,而配邊理論由萬有叢的湯姆空間建立(湯姆譜 MO, MU)。它們也給出通往歐拉類與龐特里亞金-湯姆坍縮的最乾淨路徑,後者把子流形轉換成映入湯姆空間的映射。要尊重的微妙處:湯姆空間依賴於叢,而不只依賴 X——同一底空間上不同的叢給出確實不同的湯姆空間,這正是用它們偵測扭轉的全部用意。
對平凡秩 n 叢 X times R^n,湯姆空間是 X(添一個分離基點)的 n 重懸垂:Th(平凡) = Sigma^n (X_+)。特別地,在一點上平凡的 R^n 給出 Th = S^n,而在 X 上平凡的線叢給出 X 的(非約化)懸垂。把叢扭轉會把這懸垂變成一個非乘積的「扭轉」版本。
平凡叢給出普通懸垂;非平凡叢中的扭轉把懸垂變形成新的東西。
湯姆空間依賴於實際的叢,而不只是底空間、甚至不只是叢的秩——這份依賴正是其威力之源。把 Th(E) 當作只記得 X(或只記得秩)就丟棄了它本要記錄的扭轉資訊。