几何拓扑学

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几何拓扑学英语:geometric topology),拓扑学的一大分支。是相对于代数拓扑学而言,并没有明确的界限。“几何”二字,有时是强调其论题的直观色彩,或强调其思路的几何风格。

早年的发展有两大支柱:一个是对于纽结和三维流形的以组合方法为主的研究,另一个是一般拓扑学中关于欧氏空间子集的研究(例如Bing学派、Borsuk学派)。

20世纪50年代,代数拓扑学与刚崛起的微分拓扑学相结合,取得了辉煌成就。60年代初,高维的庞加莱猜想得到解决以后,人们已清楚地认识到,代数拓扑学的方法在五维以下的流形中难以充分施展,对这些低维流形往往更要借助于几何手段。几何拓扑学于是日显重要。在70年代后期至80年代,三维拓扑、四维拓扑相继取得了革命性的突破,使几何拓扑学成为当代数学的主要生长点之一。

几何拓扑学的论题,大多围绕着二维、三维、四维的流形以及纽结、辫等几何对象。用到的几何方法各式各样,既包括古典几何(如双曲几何等)、微分几何(如极小曲面、曲率流、纤维丛上的联络等),也包括一些独特的、威力强大的图形演算技术(如Kirby calculus)。几何拓扑学除本身的成就外,已经推动了双曲几何的复兴,促使几何群论蓬勃发展,也为动力系统理论开辟了新的篇章。

在对三维流形(必是微分流形)的研究上,则不仅大量使用通常意义下直观的几何手法,而且利用W.P.瑟斯顿几何化猜想,把三维拓扑与微分几何整个联系在一起。将这一几何化思想应用于研究具有双曲结构(即其上有常负的截面曲率的黎曼度量)的三维流形,已取得巨大成功。在解决四维单连通拓扑流形的分类时,M.H.弗里德曼大量使用了几何的构造。而对四维微分拓扑,取得突破性进展的唐纳森理论和萨伯格–威滕理论,微分几何学中的联络概念则是其基础。用这些理论,不仅证明了大量的四维拓扑流形不可能是微分流形,也证明了在很多四微拓扑流形,包括四维欧氏空间和某些紧致无边的四维流形上,存在无限多个不等价的微分构造。

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