تمثيل الدوران

في الرياضيات ، تُعدّ تمثيلات الدوران تمثيلات إسقاطية خاصة للمجموعات المتعامدة أو المجموعات المتعامدة الخاصة في أي بُعد وإشارة (أي بما في ذلك المجموعات المتعامدة غير المحددة ). وبشكل أدق، هي تمثيلان متكافئان لمجموعات الدوران ، وهما غطاءان مزدوجان للمجموعات المتعامدة الخاصة. وعادةً ما تُدرس هذه التمثيلات على الأعداد الحقيقية أو المركبة ، ولكن يمكن تعريفها على حقول أخرى .

تُسمى عناصر تمثيل الدوران بالسبينورات . وهي تلعب دورًا مهمًا في الوصف الفيزيائي للفيرميونات مثل الإلكترون .

يمكن بناء تمثيلات الدوران بعدة طرق، ولكن عادةً ما يتضمن البناء (ربما ضمنيًا فقط) اختيار فضاء جزئي متناحٍ أقصى في التمثيل الشعاعي للمجموعة. على الأعداد الحقيقية، يتطلب هذا عادةً استخدام تعقيد التمثيل الشعاعي. لهذا السبب، من الملائم تعريف تمثيلات الدوران على الأعداد المركبة أولًا، ثم اشتقاق التمثيلات الحقيقية من خلال إدخال البنى الحقيقية .

تعتمد خصائص تمثيلات اللف المغزلي، بشكل دقيق، على بُعد وإشارة المجموعة المتعامدة. وعلى وجه الخصوص، غالبًا ما تسمح تمثيلات اللف المغزلي بأشكال ثنائية خطية ثابتة ، والتي يمكن استخدامها لتضمين مجموعات اللف المغزلي في مجموعات لي الكلاسيكية . في الأبعاد المنخفضة، تكون هذه التضمينات شاملة وتحدد تماثلات خاصة بين مجموعات اللف المغزلي ومجموعات لي الأكثر شيوعًا؛ وهذا يوضح خصائص السبينورات في هذه الأبعاد.

يثبت

ليكن V فضاءً متجهيًا حقيقيًا أو مركبًا محدود الأبعاد، وله شكل تربيعي غير منعدم Q. تشكل التطبيقات الخطية (الحقيقية أو المركبة) التي تحافظ على Q الزمرة المتعامدة O( V , Q ) . يُسمى العنصر المحايد لهذه الزمرة بالزمرة المتعامدة الخاصة SO( V , Q ) . (بالنسبة للفضاء V الحقيقي ذي الشكل التربيعي غير المحدد، فإن هذا المصطلح ليس قياسيًا: عادةً ما تُعرَّف الزمرة المتعامدة الخاصة في هذه الحالة على أنها زمرة جزئية ذات عنصرين). حتى تماثل الزمر ، تمتلك SO ( V , Q ) غطاءً مزدوجًا متصلًا فريدًا ، وهو زمرة الدوران Spin( V , Q ) . بالتالي، يوجد تماثل زمر h : Spin( V , Q ) → SO( V , Q ) الذي تحتوي نواته على عنصرين يُرمز لهما بـ {1, -1} ، حيث 1 هو العنصر المحايد . وبالتالي، فإن عناصر المجموعة g و −g من Spin( V , Q ) متكافئة بعد التشاكل إلى SO( V , Q ) ؛ أي أن h ( g ) = h ( −g ) لأي g في Spin( V , Q ) .

تُعدّ المجموعات O( V , Q ) وSO( V , Q ) و Spin( V , Q ) جميعها مجموعات لي ، ولـ ( V , Q ) ثابتة، تمتلك جميعها نفس جبر لي ، أي ( V , Q ) . إذا كان V عددًا حقيقيًا، فإن V فضاء متجهي حقيقي جزئي من تجسيده المركب VC = VRC ، ويمتد الشكل التربيعي Q بشكل طبيعي إلى شكل تربيعي Q <sub> C</sub> على VC . هذا يُضمّن SO( V , Q ) كمجموعة جزئية من SO( VC , Q <sub> C</sub> ) ، وبالتالي يمكننا تمثيل Spin( V , Q ) كمجموعة جزئية من Spin( VC , Q<sub> C </sub> ) . علاوة على ذلك، فإن so ( VC , Q<sub> C </sub> ) هو التجسيد المركب لـ so ( V , Q ) .

في الحالة المعقدة، تُحدد الأشكال التربيعية بشكل فريد حتى التشاكل بواسطة بُعد المصفوفة V ، وهو n . وبالتحديد، يمكننا افتراض أن V = C n و

سؤال(z1،...،zن)=z12+z22++zن2.{\displaystyle Q(z_{1},\ldots ,z_{n})=z_{1}^{2}+z_{2}^{2}+\cdots +z_{n}^{2}.}

يتم الإشارة إلى مجموعات لي المقابلة بـ O( n , C ), SO( n , C ), Spin( n , C ) وجبر لي الخاص بها بـ so ( n , C ) .

في الحالة العملية، تُحدد الأشكال التربيعية حتى التشاكل بواسطة زوج من الأعداد الصحيحة غير السالبة ( p , q ) ، حيث n = p + q هو بُعد V ، و pq هو التوقيع . وبالتحديد، يمكننا افتراض أن V = R n و

سؤال(x1،...،xن)=x12+x22++xص2-(xص+12++xص+q2).{\displaystyle Q(x_{1},\ldots ,x_{n})=x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+\cdots +x_{p}^{2}-(x_{p+1}^{2}+\cdots +x_{p+q}^{2}).}

يُرمز إلى زمر لي وجبر لي المقابلين بالرموز O( p , q ) و SO( p , q ) و Spin( p , q ) و so ( p , q ) . نكتب R( p , q) بدلاً من R( n) لجعل الإشارة واضحة.

تُعدّ تمثيلات الدوران، بمعنى ما، أبسط تمثيلات لـ Spin( n , C ) و Spin( p , q ) التي لا تُشتق من تمثيلات SO( n , C ) و SO( p , q ) . وبالتالي، فإن تمثيل الدوران هو فضاء متجهي حقيقي أو مركب بالإضافة إلى تشاكل زمر ρ من Spin( n , C ) أو Spin( p , q ) إلى الزمرة الخطية العامة GL( S )، بحيث لا ينتمي العنصر -1 إلى نواة ρ .

إذا كان S هو مثل هذا التمثيل، فإنه وفقًا للعلاقة بين مجموعات لي وجبر لي، فإنه يستحث تمثيل جبر لي ، أي تماثل جبر لي من so ( n , C ) أو so ( p , q ) إلى جبر لي gl ( S ) للتشاكلات الداخلية لـ S مع قوس التبديل .

يمكن تحليل تمثيلات اللف المغزلي وفقًا للاستراتيجية التالية: إذا كان S تمثيلًا حقيقيًا لللف المغزلي لـ Spin( p , q ) ، فإن تحويله إلى صيغة مركبة هو تمثيل معقد لللف المغزلي لـ Spin( p , q ) ؛ وباعتباره تمثيلًا لـ so ( p , q ) ، فإنه يمتد بالتالي إلى تمثيل معقد لـ so ( n , C ) . وبالاستمرار عكسيًا، نقوم أولًا بإنشاء تمثيلات معقدة لللف المغزلي لـ Spin( n , C ) و so ( n , C ) ، ثم نحصرها في تمثيلات معقدة لللف المغزلي لـ so ( p , q ) و Spin( p , q ) ، ثم نحلل أخيرًا الاختزالات الممكنة إلى تمثيلات حقيقية لللف المغزلي.

تمثيلات الدوران المعقدة

ليكن V = C n بالصيغة التربيعية القياسية Q بحيث

so(V،سؤال)=so(ن،ج).{\displaystyle {\mathfrak {so}}(V,Q)={\mathfrak {so}}(n,\mathbb {C} ).}

يُرمز إلى الشكل الثنائي الخطي المتناظر على V المرتبط بـ Q عن طريق الاستقطاب بـ ⟨ .,. .

الفضاءات الفرعية المتناحية وأنظمة الجذور

لنفترض أنسؤال(x)=1،سؤال(y)=1،<x،y0{\displaystyle Q(x)=1,Q(y)=1,<x,y>=0}لx،yV{\displaystyle x,y\in V}. ثمسؤال(x+أناy)=سؤال(x)-سؤال(y)=0{\displaystyle Q(x+iy)=Q(x)-Q(y)=0}نقول ذلكx+أناy{\displaystyle x+iy}وهي متجانسة الخواص، وتولد فضاءً فرعياً متجانس الخواص أحادي البعد تماماً{λ(x+أناy)|λج}{\displaystyle \{\lambda (x+iy)|\lambda \in C\}}. بصورة مماثلة،x-أناy{\displaystyle x-iy}متجانس الخواص ويولد فضاءً فرعياً متجانس الخواص أحادي البعد تماماً.

يبدأ البناء القياسي لتمثيلات الدوران لـ so ( n , C ) باختيار زوج ( W , W * ) من الفضاءات الجزئية المتناحية تمامًا القصوى (بالنسبة إلى Q ) لـ V حيث WW * = 0. لنقم بهذا الاختيار. إذا كان n = 2m أو n = 2m + 1 ، فإن W و W * لهما بُعد m . إذا كان n = 2m ، فإن V = WW * ، بينما إذا كان n = 2m + 1 ، فإن V = WUW * ، حيث U هو المكمل المتعامد أحادي البُعد لـ WW * . الشكل الثنائي الخطي .,. يؤدي الرمز المرتبط بـ Q إلى اقتران بين W و W * ، ويجب أن يكون هذا الاقتران غير منحل، لأن W و W * فضاءات جزئية متناحية تمامًا، و Q فضاء غير منحل. وبالتالي، فإن W و W * فضاءات متجهة ثنائية .

بصورة أكثر تحديدًا، ليكن a 1 , ... a m أساسًا لـ W. عندئذٍ يوجد أساس وحيد α 1 , ... α m لـ W بحيث

αأنا،أج=دلتاأناج.{\displaystyle \langle \alpha _{i},a_{j}\rangle =\delta _{ij}.}

إذا كانت A مصفوفة من الرتبة m × m ، فإن A تُحدث تشاكلاً داخلياً للمصفوفة W بالنسبة لهذه القاعدة، والمُنَقل A T يُحدث تحويلاً للمصفوفة W مع

أw،w*=w،أتيw*{\displaystyle \langle Aw,w^{*}\rangle =\langle w,A^{\mathrm {T} }w^{*}\rangle }

لكل w في W و w في W . ويترتب على ذلك أن التشاكل الداخلي ρ A لـ V ، والذي يساوي A على W ، و − A T على W ، ويساوي صفرًا على U (إذا كان n فرديًا)، يكون ملتويًا.

ρأu،v=-u،ρأv{\displaystyle \langle \rho _{A}u,v\rangle =-\langle u,\rho _{A}v\rangle }

لكل u و v في V ، وبالتالي (انظر المجموعة الكلاسيكية ) عنصر من so ( n , C ) ⊂ End( V ) .

إن استخدام المصفوفات القطرية في هذا البناء يحدد جبر كارتان الفرعي h من so ( n , C ) : رتبة so ( n , C ) هي m ، والمصفوفات القطرية n × n تحدد جبرًا فرعيًا أبيليًا m- الأبعاد.

ليكن ε₁ , ..., εₘ أساسًا لـ h * بحيث يكون، بالنسبة لمصفوفة قطرية A ، العنصر القطري k في A هو εₖ ( ρA ) . من الواضح أن هذا أساس لـ h * . بما أن الصيغة الثنائية الخطية تُعرّف so ( n , C ) مع2V{\displaystyle \wedge ^{2}V}بشكل صريح،

xyφxy،φxy(v)=y،vx-x،vy،xy2V،x،y،vV،φxyso(ن،ج)،{\displaystyle x\wedge y\mapsto \varphi _{x\wedge y},\quad \varphi _{x\wedge y}(v)=\langle y,v\rangle x-\langle x,v\rangle y,\quad x\wedge y\in \wedge ^{2}V,\quad x,y,v\in V,\quad \varphi _{x\wedge y}\in {\mathfrak {so}}(n,\mathbb {C} ),}[ 1 ]

أصبح من السهل الآن إنشاء نظام الجذور المرتبط بالدالة h . تُمثَّل فضاءات الجذور (الفضاءات الذاتية المتزامنة لتأثير الدالة h ) بالعناصر التالية:

أأناأج،أناج،{\displaystyle a_{i}\wedge a_{j},\;i\neq j,}مع الجذر (القيمة الذاتية المتزامنة)εأنا+εج{\displaystyle \varepsilon _{i}+\varepsilon _{j}}
أأناαج{\displaystyle a_{i}\wedge \alpha _{j}}(وهو في h إذا كان i = j ) مع الجذرεأنا-εج{\displaystyle \varepsilon _{i}-\varepsilon _{j}}
αأناαج،أناج،{\displaystyle \alpha _{i}\wedge \alpha _{j},\;i\neq j,}مع الجذر-εأنا-εج،{\displaystyle -\varepsilon _{i}-\varepsilon _{j},}

وإذا كان n فرديًا، وكان u عنصرًا غير صفري من U ،

أأناu،{\displaystyle a_{i}\wedge u,}مع الجذرεأنا{\displaystyle \varepsilon _{i}}
αأناu،{\displaystyle \alpha _{i}\wedge u,}مع الجذر-εأنا.{\displaystyle -\varepsilon _{i}.}

وبالتالي، بالنسبة للأساس ε 1 , ... ε m ، فإن الجذور هي المتجهات في h التي هي تباديل لـ

(±1،±1،0،0،...،0){\displaystyle (\pm 1,\pm 1,0,0,\dots ,0)}

بالإضافة إلى تباديل

(±1،0،0،...،0){\displaystyle (\pm 1,0,0,\dots ,0)}

إذا كان n = 2 m + 1 عددًا فرديًا.

يُعطى نظام الجذور الموجبة بالصيغة التالية: εᵢ + εⱼ ( حيث ij ) ، و εᵢ εⱼ ( حيث i < j ) ، و εᵢ (لأعداد n الفردية) . أما الجذور البسيطة المقابلة فهي :

ε1-ε2،ε2-ε3،...،εم-1-εم،{εم-1+εمن=2مεمن=2م+1.{\displaystyle \varepsilon _{1}-\varepsilon _{2},\varepsilon _{2}-\varepsilon _{3},\ldots ,\varepsilon _{m-1}-\varepsilon _{m},\left\{{\begin{matrix}\varepsilon _{m-1}+\varepsilon _{m}&n=2m\\\varepsilon _{m}&n=2m+1.\end{matrix}}\right.}

الجذور الموجبة هي تركيبات خطية غير سالبة من الجذور البسيطة.

تمثيلات الدوران وأوزانها

إحدى طرق بناء تمثيلات الدوران لـ so ( n , C ) تستخدم الجبر الخارجي (s)

S=دبليو{\displaystyle S=\wedge ^{\bullet }W}و/أوS=دبليو*.{\displaystyle S'=\wedge ^{\bullet }W^{*}.}

يوجد تأثير لـ V على S بحيث يكون لأي عنصر v = w + w في WW وأي ψ في يتم إعطاء التأثير بواسطة:

vψ=212(wψ+أنا(w*)ψ)،{\displaystyle v\cdot \psi =2^{\frac {1}{2}}(w\wedge \psi +\iota (w^{*})\psi ),}

حيث يمثل الحد الثاني انكماشًا ( ضربًا داخليًا ) مُعرَّفًا باستخدام الصيغة الثنائية الخطية، والتي تُزاوج بين W و W * . يحترم هذا الفعل علاقات كليفورد = Q ( v ) ¹ ، وبالتالي يُنشئ تشاكلًا من جبر كليفورد ClⁿC لـ V إلى End( S ) . يمكن تعريف فعل مماثل على S ، بحيث يكون كل من S و S وحدات كليفورد .

إن جبر لي so ( n , C ) متماثل مع جبر لي المعقد spin n C في Cl n C عبر التعيين الناتج عن التغطية Spin( n ) → SO( n ) [ 2 ]

vw14[v،w].{\displaystyle v\wedge w\mapsto {\tfrac {1}{4}}[v,w].}

يترتب على ذلك أن كلاً من S و S يمثلان so ( n , C ) . وهما في الواقع تمثيلان متكافئان ، لذلك سنركز على S.

يُظهر الوصف الصريح أن العناصر α ia i من الجبر الجزئي كارتان h تؤثر على S بواسطة

(αأناأأنا)ψ=14(212)2(أنا(αأنا)(أأناψ)-أأنا(أنا(αأنا)ψ))=12ψ-أأنا(أنا(αأنا)ψ).{\displaystyle (\alpha _{i}\wedge a_{i})\cdot \psi ={\tfrac {1}{4}}(2^{\tfrac {1}{2}})^{2}(\iota (\alpha _{i})(a_{i}\wedge \psi )-a_{i}\wedge (\iota (\alpha _{i})\psi ))={\tfrac {1}{2}}\psi -a_{i}\wedge (\iota (\alpha _{i})\psi ).}

تُعطى قاعدة S بواسطة عناصر من الشكل

أأنا1أأنا2أأناك{\displaystyle a_{i_{1}}\wedge a_{i_{2}}\wedge \cdots \wedge a_{i_{k}}}

لـ 0 ≤ km و i 1 < ... < i k . من الواضح أن هذه تمتد عبر فضاءات الأوزان لتأثير h : α ia i لها قيمة ذاتية −1/2 على متجه الأساس المعطى إذا كان i = i j لبعض j ، ولها قيمة ذاتية 1/2 خلاف ذلك.

ويترتب على ذلك أن أوزان S هي جميع التوليفات الممكنة لـ

(±12،±12،...±12){\displaystyle {\bigl (}\pm {\tfrac {1}{2}},\pm {\tfrac {1}{2}},\ldots \pm {\tfrac {1}{2}}{\bigr )}}

وكل فضاء وزن أحادي البعد. وتسمى عناصر S سبينورات ديراك .

عندما يكون n زوجيًا، فإن S ليس تمثيلًا غير قابل للاختزال :S+=هـvهـندبليو{\displaystyle S_{+}=\wedge ^{\mathrm {even} }W}وS-=oدددبليو{\displaystyle S_{-}=\wedge ^{\mathrm {odd} }W}هي فضاءات جزئية ثابتة. تنقسم الأوزان إلى أوزان ذات عدد زوجي من الإشارات السالبة، وأوزان ذات عدد فردي من الإشارات السالبة. كل من S + و S- تمثيلات غير قابلة للاختزال ذات بُعد 2m - وتُسمى عناصرها سبينورات فايل . تُعرف أيضًا باسم تمثيلات اللف المغزلي الكيرالية أو تمثيلات نصف اللف المغزلي. بالنسبة لنظام الجذر الموجب المذكور أعلاه، فإن أعلى أوزان S + و S- هي

(12،12،...12،12){\displaystyle {\bigl (}{\tfrac {1}{2}},{\tfrac {1}{2}},\ldots {\tfrac {1}{2}},{\tfrac {1}{2}}{\bigr )}}و(12،12،...12،-12){\displaystyle {\bigl (}{\tfrac {1}{2}},{\tfrac {1}{2}},\ldots {\tfrac {1}{2}},-{\tfrac {1}{2}}{\bigr )}}

على التوالي. يُعرّف فعل كليفورد Cl n C مع End( S )، ويُعرّف الجبر الجزئي الزوجي مع التشاكلات الداخلية التي تحافظ على S + و S . وحدة كليفورد الأخرى S متماثلة مع S في هذه الحالة.

عندما يكون n فرديًا، فإن S هو تمثيل غير قابل للاختزال لـ so ( n , C ) ذي بُعد 2m : يُعطى فعل كليفورد لمتجه الوحدة uU بواسطة

uψ={ψلو ψهـvهـندبليو-ψلو ψoدددبليو{\displaystyle u\cdot \psi =\left\{{\begin{matrix}\psi &{\hbox{if }}\psi \in \wedge ^{\mathrm {even} }W\\-\psi &{\hbox{if }}\psi \in \wedge ^{\mathrm {odd} }W\end{matrix}}\right.}

وبالتالي، فإن عناصر so ( n , C ) التي تأخذ الشكل uw أو uw لا تحافظ على الأجزاء الزوجية والفردية للجبر الخارجي لـ W. أعلى وزن لـ S هو

(12،12،...12).{\displaystyle {\bigl (}{\tfrac {1}{2}},{\tfrac {1}{2}},\ldots {\tfrac {1}{2}}{\bigr )}.}

لا يكون تأثير كليفورد أمينًا على S : يمكن تعريف Cl n C على أنه End( S ) ⊕ End( S )، حيث يؤثر u بإشارة معاكسة على S . بتعبير أدق، يرتبط التمثيلان بانعكاس التكافؤ α لـ Cl n C (المعروف أيضًا باسم التشاكل الذاتي الرئيسي)، وهو التطابق على الجبر الجزئي الزوجي، مطروحًا منه التطابق على الجزء الفردي من Cl n C. بعبارة أخرى، يوجد تماثل خطي من S إلى S ، يُعرّف تأثير A في Cl n C على S بتأثير α ( A ) على S .

الأشكال الثنائية الخطية

إذا كان λ وزنًا لـ S ، فإن −λ كذلك . ويترتب على ذلك أن S متماثل مع التمثيل الثنائي S * .

عندما يكون n = 2m + 1 عددًا فرديًا، يكون التشاكل B : SS * فريدًا حتى المقياس وفقًا لفرضية شور ، لأن S غير قابلة للاختزال، وهو يُعرّف شكلًا ثنائيًا خطيًا ثابتًا غير منحل β على S عبر

β(φ،ψ)=ب(φ)(ψ).{\displaystyle \beta (\varphi ,\psi )=B(\varphi )(\psi ).}

هنا، تعني الثباتية أن

β(ξφ،ψ)+β(φ،ξψ)=0{\displaystyle \beta (\xi \cdot \varphi ,\psi )+\beta (\varphi ,\xi \cdot \psi )=0}

لكل ξ في so ( n , C ) و φ و ψ في S بعبارة أخرى، يكون تأثير ξ منحرفًا بالنسبة إلى β . في الواقع، هناك ما هو أكثر من ذلك: S * هو تمثيل لجبر كليفورد المعاكس ، وبالتالي، بما أن ClnC لا يحتوي إلا على وحدتين بسيطتين غير تافهتين S و S ، مرتبطتين بالانعكاس الزوجي α ، يوجد تماثل مضاد τ لـ ClnC بحيث

β(أφ،ψ)=β(φ،τ(أ)ψ)(1){\displaystyle \quad \beta (A\cdot \varphi ,\psi )=\beta (\varphi ,\tau (A)\cdot \psi )\qquad (1)}

لأي عنصر A في Cl n C. في الواقع، τ هو الانعكاس (التشاكل العكسي الناتج عن العنصر المحايد على V ) عندما يكون m زوجيًا، والاقتران (التشاكل العكسي الناتج عن طرح العنصر المحايد على V ) عندما يكون m فرديًا. يرتبط هذان التشاكلان العكسيان بانعكاس التكافؤ α ، وهو التشاكل الذاتي الناتج عن طرح العنصر المحايد على V. كلاهما يحقق τ ( ξ ) = −ξ عندما يكون ξ في so ( n , C ) .

عندما يكون n = 2m ، يعتمد الوضع بشكل أكبر على زوجية m . بالنسبة لـ m الزوجية، يكون للوزن λ عدد زوجي من الإشارات السالبة إذا وفقط إذا كان −λ كذلك ؛ ويترتب على ذلك وجود تماثلات منفصلة B ± : S ±S ± * لكل تمثيل نصف دوراني مع نظيره الثنائي، كل منها محدد بشكل فريد حتى المقياس. يمكن دمج هذه التماثلات في تماثل B : SS * . بالنسبة لـ m الفردية، يكون λ وزنًا لـ S + إذا وفقط إذا كان −λ وزنًا لـ S− ؛ وبالتالي يوجد تماثل من S + إلى S− * ، وهو أيضًا فريد حتى المقياس، ويوفر منقوله تماثلًا من S− إلى S + * . يمكن دمج هذه التماثلات مرة أخرى في تماثل B : SS * .

بالنسبة لكل من m الزوجي و m الفردي، يمكن تقييد الحرية في اختيار B بمقياس شامل من خلال الإصرار على أن الشكل الثنائي الخطي β المقابل لـ B يفي بـ (1)، حيث τ هو تماثل مضاد ثابت (إما عكس أو اقتران).

التناظر ومربع الموتر

يمكن تحديد خصائص التناظر لـ β : SSC باستخدام جبر كليفورد أو نظرية التمثيل. في الواقع، يمكن قول المزيد: يجب أن يتحلل مربع الموتر SS إلى مجموع مباشر لأشكال k على V لقيم k مختلفة ، لأن أوزانه هي جميع العناصر في h التي تنتمي مكوناتها إلى { 1,0,1}. الآن، تتوافق التطبيقات الخطية المتغيرة SS → ∧ k V بشكل تقابلي مع التطبيقات الثابتة ∧ k VSSC ، ويمكن إنشاء تطبيقات غير صفرية من هذا النوع عن طريق تضمين ∧ k V في جبر كليفورد. علاوة على ذلك، إذا كان β ( φ , ψ ) = ε β ( ψ , φ ) وكان لـ τ إشارة ε k على ∧ k فإن

β(أφ،ψ)=εεكβ(أψ،φ){\displaystyle \beta (A\cdot \varphi ,\psi )=\varepsilon \varepsilon _{k}\beta (A\cdot \psi ,\varphi )}

لـ A في ∧ k V .

إذا كان n = 2m + 1 عددًا فرديًا، فإنه يترتب على ذلك من مبرهنة شور أن

SSج=0م2جV*{\displaystyle S\otimes S\cong \bigoplus _{j=0}^{m}\wedge ^{2j}V^{*}}

(لكلا الجانبين بُعد 2 × 2 م ، والتمثيلات على اليمين غير متكافئة). ولأن التناظرات تخضع لعملية انعكاس τ ، وهي إما اقتران أو انعكاس، فإن تناظر المكون ∧ 2j V يتناوب مع j . وتعطينا التوافقية الأولية

ج=0م(-1)جخافت2جج2م+1=(-1)12م(م+1)2م=(-1)12م(م+1)(خافتS2S-خافت2S){\displaystyle \sum _{j=0}^{m}(-1)^{j}\dim \wedge ^{2j}\mathbb {C} ^{2m+1}=(-1)^{{\frac {1}{2}}m(m+1)}2^{m}=(-1)^{{\frac {1}{2}}m(m+1)}(\dim \mathrm {S} ^{2}S-\dim \wedge ^{2}S)}

وتحدد الإشارة أي التمثيلات تظهر في S 2 S وأيها تظهر في ∧ 2 S. [ 3 ] على وجه الخصوص

β(ϕ،ψ)=(-1)12م(م+1)β(ψ،ϕ)،{\displaystyle \beta (\phi ,\psi )=(-1)^{{\frac {1}{2}}m(m+1)}\beta (\psi ,\phi ),}و
β(vϕ،ψ)=(-1)م(-1)12م(م+1)β(vψ،ϕ)=(-1)مβ(ϕ،vψ){\displaystyle \beta (v\cdot \phi ,\psi )=(-1)^{m}(-1)^{{\frac {1}{2}}m(m+1)}\beta (v\cdot \psi ,\phi )=(-1)^{m}\beta (\phi ,v\cdot \psi )}

بالنسبة لـ vV (وهو متماثل مع ∧ 2 m V )، مما يؤكد أن τ هو عكس بالنسبة لـ m زوجي، واقتران بالنسبة لـ m فردي.

إذا كان n = 2 m زوجيًا، فإن التحليل يكون أكثر تعقيدًا، لكن النتيجة هي تفكيك أكثر دقة: يمكن تفكيك كل من S 2 S ± ، 2 S ± و S +S كمجموع مباشر من الأشكال k (حيث يوجد لـ k = m تفكيك إضافي إلى أشكال m ذاتية التناظر ومضادة ذاتية التناظر ).

النتيجة الرئيسية هي تحقيق so ( n , C ) كجبر فرعي لجبر لي كلاسيكي على S ، اعتمادًا على n modulo 8 ، وفقًا للجدول التالي:

n mod 801234567
جبر السبينورso(S+)so(S-){\displaystyle {\mathfrak {so}}(S_{+})\oplus {\mathfrak {so}}(S_{-})}so(S){\displaystyle {\mathfrak {so}}(S)}زل(S±){\displaystyle {\mathfrak {gl}}(S_{\pm })}sص(S){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(S)}sص(S+)sص(S-){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(S_{+})\oplus {\mathfrak {sp}}(S_{-})}sص(S){\displaystyle {\mathfrak {sp}}(S)}زل(S±){\displaystyle {\mathfrak {gl}}(S_{\pm })}so(S){\displaystyle {\mathfrak {so}}(S)}

بالنسبة لـ n ≤ 6، تكون هذه التضمينات متماثلة (على sl بدلاً من gl لـ n = 6):

so(2،ج)زل(1،ج)(=ج){\displaystyle {\mathfrak {so}}(2,\mathbb {C} )\cong {\mathfrak {gl}}(1,\mathbb {C} )\qquad (=\mathbb {C} )}
so(3،ج)sص(2،ج)(=sل(2،ج)){\displaystyle {\mathfrak {so}}(3,\mathbb {C} )\cong {\mathfrak {sp}}(2,\mathbb {C} )\qquad (={\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {C} ))}
so(4،ج)sص(2،ج)sص(2،ج){\displaystyle {\mathfrak {so}}(4,\mathbb {C} )\cong {\mathfrak {sp}}(2,\mathbb {C} )\oplus {\mathfrak {sp}}(2,\mathbb {C} )}
so(5،ج)sص(4،ج){\displaystyle {\mathfrak {so}}(5,\mathbb {C} )\cong {\mathfrak {sp}}(4,\mathbb {C} )}
so(6،ج)sل(4،ج).{\displaystyle {\mathfrak {so}}(6,\mathbb {C} )\cong {\mathfrak {sl}}(4,\mathbb {C} ).}

تمثيلات حقيقية

تُنتج تمثيلات الدوران المعقدة لـ so ( n , C ) تمثيلات حقيقية S لـ so ( p , q ) بتقييد التأثير على الجبر الجزئي الحقيقي. مع ذلك، توجد بنى "واقعية" إضافية ثابتة تحت تأثير جبر لي الحقيقي. وتأتي هذه البنى في ثلاثة أنواع.

  1. يوجد تطبيق مضاد خطي معقد ثابت r : SS بحيث r 2 = id S. مجموعة النقاط الثابتة لـ r هي فضاء متجهي حقيقي جزئي S R من S بحيث S RC = S. يُسمى هذا بنية حقيقية .
  2. يوجد تطبيق مضاد خطي معقد ثابت j : SS حيث j 2 = id S. وبالتالي، فإن الثلاثية i و j و k := ij تجعل S فضاءً متجهيًا رباعيًا S H. يُسمى هذا بنية رباعية .
  3. يوجد تطبيق مضاد خطي معقد ثابت b : SS قابل للعكس. يُعرّف هذا التطبيق شكلاً ثنائي الخطية شبه هيرميتي على S ويُسمى بنية هيرميتية .

يعتمد نوع البنية الثابتة تحت so ( p , q ) فقط على التوقيع p q modulo 8، ويتم تقديمه بواسطة الجدول التالي.

p q mod 801234567
بناءR + RRجحH + HحجR

هنا R و C و H تشير إلى الهياكل الحقيقية والهرميتية والرباعية على التوالي، و R + R و H + H تشير إلى أن تمثيلات نصف الدوران تقبل الهياكل الحقيقية أو الرباعية على التوالي.

الوصف والجداول

لاستكمال وصف التمثيل الحقيقي، يجب أن نصف كيفية تفاعل هذه البنى مع الأشكال الثنائية الخطية الثابتة. بما أن n = p + qpq mod 2، فهناك حالتان: إما أن يكون البعد والإشارة زوجيين، أو أن يكون البعد والإشارة فرديين.

الحالة الفردية أبسط، إذ يوجد تمثيل دوراني معقد واحد فقط S ، ولا تظهر البنى الهرميتية. باستثناء الحالة البسيطة n = 1، يكون S دائمًا زوجي الأبعاد، ولنقل dim S = 2N . الصيغ الحقيقية لـ so ( 2N , C ) هي so ( K , L ) حيث K + L = 2N و so * ( N , H ) ، بينما الصيغ الحقيقية لـ sp ( 2N , C ) هي sp ( 2N , R ) و sp ( K , L ) حيث K + L = N. وجود تأثير كليفورد لـ V على S يُجبر K = L في كلتا الحالتين إلا إذا كان pq = 0، وفي هذه الحالة KL = 0، ويُشار إليها ببساطة بـ so (2N ) أو sp ( N ). بالتالي، يمكن تلخيص تمثيلات الدوران الفردي في الجدول التالي.

n mod 81، 73، 5
p q mod 8إذن (2 N , C )sp (2 N , C )
1، 7Rلذا ( N , N ) أو لذا ( 2N )sp (2 N , R )
3، 5حلذا ( N , H )sp ( N /2, N /2) أو sp ( N )

(†) N زوجي لـ n > 3 ولـ n = 3 ، وهذا هو sp (1) .

الحالة ذات الأبعاد الزوجية مشابهة. بالنسبة لـ n > 2 ، تكون تمثيلات نصف اللف المغزلي المعقدة ذات أبعاد زوجية. بالإضافة إلى ذلك، علينا التعامل مع البنى الهرميتية والأشكال الحقيقية لـ sl ( 2N , C ) ، وهي sl ( 2N , R ) ، و su ( K , L ) حيث K + L = 2N ، و sl ( N , H ) . ويمكن تلخيص تمثيلات اللف المغزلي الزوجية الناتجة كما يلي.

n mod 802، 64
p - q mod 8إذن (2 N ، C )+ إذن (2 N ، C )sl (2 N , C )sp (2 N , C )+ sp (2 N , C )
0R + Rso ( N , N )+ so ( N , N ) sl (2 N , R )sp (2 N , R )+ sp (2 N , R )
2، 6جإذن (2 N , C )su ( N , N )sp (2 N , C )
4H + Hso ( N , H )+ so ( N , H )sl ( N , H )sp ( N /2, N /2)+ sp ( N /2, N /2)

(*) بالنسبة لـ pq = 0 ، لدينا بدلاً من ذلك so (2 N ) + so (2 N )

(†) يكون N زوجيًا عندما n > 4 وعندما pq = 0 (والذي يشمل n = 4 مع N = 1 )، لدينا بدلًا من ذلك sp ( N ) + sp ( N )

تتخذ التشاكلات منخفضة الأبعاد في الحالة المعقدة الأشكال الحقيقية التالية.

التوقيع الإقليديبصمة مينكوفسكيتوقيعات أخرى
so(2)u(1){\displaystyle {\mathfrak {so}}(2)\cong {\mathfrak {u}}(1)}so(1،1)R{\displaystyle {\mathfrak {so}}(1,1)\cong \mathbb {R} }
so(3)sص(1){\displaystyle {\mathfrak {so}}(3)\cong {\mathfrak {sp}}(1)}so(2،1)sل(2،R){\displaystyle {\mathfrak {so}}(2,1)\cong {\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {R} )}
so(4)sص(1)sص(1){\displaystyle {\mathfrak {so}}(4)\cong {\mathfrak {sp}}(1)\oplus {\mathfrak {sp}}(1)}so(3،1)sل(2،ج){\displaystyle {\mathfrak {so}}(3,1)\cong {\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {C} )}so(2،2)sل(2،R)sل(2،R){\displaystyle {\mathfrak {so}}(2,2)\cong {\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {R} )\oplus {\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {R} )}
so(5)sص(2){\displaystyle {\mathfrak {so}}(5)\cong {\mathfrak {sp}}(2)}so(4،1)sص(1،1){\displaystyle {\mathfrak {so}}(4,1)\cong {\mathfrak {sp}}(1,1)}so(3،2)sص(4،R){\displaystyle {\mathfrak {so}}(3,2)\cong {\mathfrak {sp}}(4,\mathbb {R} )}
so(6)su(4){\displaystyle {\mathfrak {so}}(6)\cong {\mathfrak {su}}(4)}so(5،1)sل(2،ح){\displaystyle {\mathfrak {so}}(5,1)\cong {\mathfrak {sl}}(2,\mathbb {H} )}so(4،2)su(2،2){\displaystyle {\mathfrak {so}}(4,2)\cong {\mathfrak {su}}(2,2)}so(3،3)sل(4،R){\displaystyle {\mathfrak {so}}(3,3)\cong {\mathfrak {sl}}(4,\mathbb {R} )}

التشاكلات الخاصة الوحيدة لجبر لي الحقيقي غير الموجودة في هذا الجدول هي so*(3،ح)su(3،1){\displaystyle {\mathfrak {so}}^{*}(3,\mathbb {H} )\cong {\mathfrak {su}}(3,1)}وso*(4،ح)so(6،2).{\displaystyle {\mathfrak {so}}^{*}(4,\mathbb {H} )\cong {\mathfrak {so}}(6,2).}

ملحوظات

  1. لوسون وميشيلسون 1989 الفصل الأول.6، ص 41. إذا اتبعنا اصطلاح فولتون وهاريس 1991 الفصل 20، ص 303، فسيظهر عامل 2، ويجب تغيير الصيغ التالية وفقًا لذلك.
  2. منذ إذاα:q(vq.v.q-1){\displaystyle \alpha :q\to (v\to q.v.q^{-1})}إذن، هذا هو الغطاء.دα:q(vq.v-v.q){\displaystyle d\alpha :q\to (v\to q.v-v.q)}، لذادα(v.w)=2φvw{\displaystyle d\alpha (v.w)=2\varphi _{v\wedge w}}ومنذ ذلك الحينv.w+w.v{\displaystyle v.w+w.v}بما أنه عدد قياسي، نحصل علىدα(1/4[v،w])=φvw{\displaystyle d\alpha (1/4[v,w])=\varphi _{v\wedge w}}
  3. يمكن أيضًا تحديد هذه الإشارة من خلال الملاحظة أنه إذا كان φ هو متجه الوزن الأعلى لـ S فإن φ φ هو متجه الوزن الأعلى لـm V m +1 V ، لذلك يجب أن يظهر هذا الحد فيS 2 S.

مراجع