代数K理论

怀特海群

拓扑学家想知道:两个看起来同伦等价的空间,何时在受控形变意义下真正相同。怀特海群正是这一阻碍的栖身之所:它是某整群环的 K_1 的一个商,已剔除那些不携带几何内容的平凡单位。有限复形之间的同伦等价携带一个不变量——怀特海挠率,它落在此群中,而它为零当且仅当该等价是单纯同伦等价。

设 G 为群,Z[G] 为其整群环。怀特海群为 Wh(G) = K_1(Z[G]) / (±G),其中 (±G) 记平凡单位在 K_1 中的像——即视作 1x1 矩阵的元素 ±g(g 属于 G)。将它们取商去掉了 K_1 中由显然可逆元强加的那一部分,留下有几何意义的阻碍。当 G 平凡时,Wh(G) = K_1(Z) / {±1} = 0。

计算 Wh(G) 既困难又深具算术意味。怀特海猜想(在许多情形已获证)断言:对满足适当条件的无挠群 G,Wh(G) = 0(它是法雷尔–琼斯猜想的特例)。对有限群,Wh(G) 是有限生成阿贝尔群,其秩为 r - q,其中 r 是不可约实表示的个数,q 是不可约有理表示的个数;其挠子群与 SK_1(Z[G]) 以及相关序的类群相关。

对循环群 G = Z/5Z,Wh(G) 为无限循环群,Wh(Z/5Z) = Z,反映了 Z[Z/5Z] 中诸如 (1 + t + t^2)(...) 的单位现象。对无限循环群 G = Z,Wh(Z) = 0,故圆周上的同伦等价不携带怀特海挠率。

Wh(Z/5Z) = Z,但 Wh(Z) = 0。

怀特海挠率是 s 配边定理的根基,该定理说:维数至少为 5 的流形上的 h 配边是直积,当且仅当它在 Wh(pi_1) 中的挠率为零。这正是为何怀特海群这一代数 K 理论对象掌控着几何拓扑中的一个核心问题。

又称
Wh(G)Wh(G)Wh(G)