Jan Kubarski
Prof. PŁ.
Autoreferat
Dotyczący rezultatów
naukowych przed habilitacją
Prace naukowe dotyczą globalnych zagadnień geometrii różniczkowej, w tym zastosowaniom przestrzeni różniczkowych Sikorskiego, grupoidów i algebroidów Liego, relacji równoważności, foliacji osobliwych i klas charakterystycznych.
Publikacja z rezultatów pracy magisterskiej [2]
Praca [2] obejmuje część rezultatów z własnej pracy magisterskiej (z roku 1974) dotyczącej przestrzeni różniczkowych Sikorskiego. Główny rezultat pracy [2] – otrzymany niezależnie przez A.Kowalczyka – orzeka, że:
Twierdzenie. Dla podzbioru AÌ Rn zaopatrzonego w naturalną strukturę różniczkową przestrzeni Sikorskiego indukowaną ze struktury C¥ (Rn) wymiar przestrzeni stycznej do A w punkcie pÎA jest równy najmniejszemu z wymiarów hiperpowierzchni która zawiera pewne otocznie punktu p w A.
W konkluzji otrzymuje się rezultat dotyczący klasy D0 przestrzeni różniczkowych, wprowadzonej przez P.Walczaka.
Twierdzenie. Podprzestrzeń
różniczkowa przestrzeni różniczkowej klasy D0 jest
także klasy D0 .
Publikacje z rezultatów tezy doktorskiej (dotyczące
odwzorowania wykładniczego na grupoidach Liego) [1], [3], [4]. [7].
Praca [1] jest konferencyjnym referatem w którym
(a) przedstawiono w zarysie historycznym problematykę grupoidów Liego uwypuklając kolejno między innymi 1) grupoid Ehresmanna wiązki głównej (Ch.Echresmann 1950), 2) związki między grupoidem k-jetów lokalnych dyfeomorfizmów i wiązką k-jetów pól wektorowych (P.Libermann 1958), 3) grupoid Liego izomorfizmów liniowych między włóknami wiązki wektorowej (Ngo Van Que 1967), 4) algebroid grupoidu Liego (J.Pradines 1967), 5) odwzorowanie wykładnicze na grupoidach Liego (A.Kumpera 1971);
(b) przedstawiono rezultaty własnej pracy doktorskiej (z roku 1977) dotyczące systematycznego badania odwzorowania wykładniczego na grupoidach Liego obejmujące m.in. współrzędne wykładnicze i ich wykorzystanie do badania związków między podgrupoidami Liego a podalgebroidami Liego (rezultaty tego typu były niezależnie przedstawione przez K.Mackenziego w książce "Lie groupoides and Lie algebroids in differential Geometry", Cambridge, 1987).
Prace [4] i [7] dotyczą własności odwzorowania wykładniczego na grupoidach Liego. Wprowadzone zostały współrzędne wykładnicze i pokazane jego podstawowe własności (analogiczne jak w przypadku grup Liego). W zastosowaniach otrzymano jednolite podejście do szeregu zagadnień (niektóre z nich rozważane były wcześniej przez Ngo Van Que) występujących przy badaniu relacji między podgrupoidami Liego i podalgebroidami Liego obejmującymi m.in. pierwsze i drugie Twierdzenie Liego (z terminologii grup Liego), charakteryzację podalgebroidu Liego danego podgrupoidu Liego przy pomocy cięć, czy obrazy i przeciwobrazy przez homomorfizmy grupoidów i algebroidów Liego.
Praca [3] wykorzystuje odwzorowanie wykładnicze do badania topologicznych własności podgrupoidów Liego: pokazane jest, że podgrupoid Liego ma topologię indukowaną wtedy i tylko wtedy gdy jest podzbiorem domkniętym. W dowodzie tego faktu analogiczne twierdzenie dotyczące grup Liego nie jest wykorzystywane.
Zastosowania przestrzeni różniczkowych [5], [6],
[9].
Praca [5] dotyczy modułów pól liniowych na przestrzeni rózniczkowej wprowadzonych przez R.Sikorskiego. Wprowadzone zostało pojęcie różniczki zupełnej wyższego rzędu (dla rzędu 1 odpowiada to pochodnej kowariantnej) oraz ciągu dokładnego modułu jetów związanego z modułem pól liniowych. Przy założeniu pewnego warunku algebraicznego "*k" (z Tw. 3.4.1) spełnionego dla modułów różniczkowych (z lokalną bazą) oraz dla modułów nad przestrzenią różniczkową klasy D0 udowodniona jest równoważność istnienia różniczki zupełnej z roszczepieniem ciągu dokładnego modułu jetów.
Praca [6] z roku 1986 (konferencyjny wykład) jest pierwszą pracą dotyczącą klas charakterystycznych dla grupoidów regularnych nad foliacją. Rozważane są tu podgrupoidy FF grupoidu Liego F dla których początek i koniec leżą na tym samym liściu danej regularnej foliacji F zadanej na rozmaitości jednostek. Podgrupoid taki na ogół nie jest podrozmaitością, ale posiada zawsze strukturę przestrzeni różniczkowej Sikorskiego (która jest w tym przypadku klasy D0 ). Grupoid taki posiada swój algebroid Liego. W pracy podano konstrukcję homomorfizmu charakterystycznego Cherna-Weila dla FF oraz uogólnienie Twierdzenia Botta o znikaniu dla flagi foliacji otrzymane za pomocą powyższego homomorfizmu Cherna-Weila dla odpowiedniego podgrupoidu nad foliacją.
Praca [9] wprowadza grupoidy gładkie w kategorii przestrzeni różniczkowych Sikorskiego (założone jest, że jednostki tworzą rozmaitość). Szczególnymi przykładami są grupoidy FF z pracy [6]. Z takim ogólnym grupoidem gładkim związany jest obiekt infinitezymalny który nie musi być wiązką wektorową (w świetle nowszych badań można by związać z tym infinitezymalnym obiektem pewną algebrę Lie-Rineharta). Jeśli jest nim wiązka wektorowa wówczas jest to algebroid Liego a grupoid gładki nazywany jest grupoidem typu Pradinesa.
Dowolna relacja równoważności RÌM´M na rozmaitości M tworzy grupoid gładki w kategorii przestrzeni różniczkowych. W pracy jest udowodnione twierdzenie podające warunki konieczne i wystarczające na to, aby R był grupoidem typu Pradinesa (Tw. 4.5). Jednym z warunków równoważnych jest: rodzina łukowo-spójnych składowych klas abstrakcji relacji R jest foliacją regularną, drugi warunek równoważny to istnienie pewnej "ładnej" struktury będącej podrozmaitością WÌR zawierającą diagonal, dla której rzut na pierwszą oś pr1: W®M jest submersją i spełniającą pewne dodatkowe dwa warunki (iv') i (v'). Twierdzenie to wskazuje na ścisły związek [w pewnym sensie równoważność] między pewną wersją tw. Frobeniusa a pewnym uogólnieniem Tw. Godementa o dzieleniu (Uwaga 4.14). [Istnienie podrozmaitości W udowodnione jest poprzez wykorzystanie "nice covering" dla foliacji, stąd termin].
Dalej wprowadzone jest pojęcie ładnej struktury ["nice structure"] dla grupoidu gładkiego w kategorii przestrzeni rózniczkowych w postaci podrozmaitości WÌF obejmującej podrozmaitość jednostek i spełniającej analogiczne postulaty. Pojęcie to służy do określenia ładnego grupoidu ["nice groupoid"] jako grupoidu w kategorii przestrzeni rózniczkowych dla którego istnieją ładne struktury WÌF i W0ÌRF , gdzie RFÌM´M jest grupoidem kanonicznej relacji równoważności na rozmaitości jednostek wyznaczonej przez F, takimi, że (a,b):W®W0 jest submersją. Jednym z celów pracy jest udowodnienie poniższego twierdzenia które uogólnia klasyczne Tw. Frobeniusa w części orzekającej, że podwiązka wektorowa wiązki stycznej dla której moduł cięć jest zamknięty na nawias Liego jest wiązką całkowalną.
Twierdzenie [9, Tw. 4.29] Jeśli
F
jest grupoidem typu Pradinesa na rozmaitości parazwartej takim, że
(i) F
jest klasy D0 ,
(ii) grupoid RF
kanonicznej relacji
równoważności jest typu Pradinesa,
(iii) kanoniczne odwzorowania Fx®(RF
)x
indukowane przez target są submersjami,
wtedy F
jest ładnym grupoidem.
Praca zawiera także elementarny dowód Tw. Waliszewskiego orzekającego, że jeśli iloczyn kartezjański dowolnych dwu przestrzeni różniczkowych Sikorskiego jest rozmaitością, to każda z nich jest rozmaitością także.
Uogólnienie
Twierdzenie Godementa o dzieleniu [8]
Klasyczne twierdzenie Godementa o dzieleniu charakteryzuje relacje równoważności R na rozmaitości M dla których M/R jest rozmaitością i rzutowanie M® M/R jest submersją. Charakteryzacja jest następująca:
()
RÌ
M´M
jest podrozmaitością i rzutowanie pr1:R®M
jest submersją.
Dla takiej relacji równoważności mamy:
()
każda klasa abstrakcji tej relacji ma przeliczalną ilość łukowo-spójnych
składowych które łącznie tworzą regularną foliacje.
W pracy [8] otrzymane jest uogólnienie twierdzenia Godementa (twierdzenie 2) które w terminach relacji R (w "duchu" własności () ) charakteryzuje wszystkie relacje równoważności o dla których zachodzi (). Różnica w stosunku do warunku () jest taka, że istnieje struktura rozmaitości na pewnym podzbiorze W Ì R zawierającym diagonal, dla którego rzutowanie na pierwszą oś jest submersją i zachodzą pewne dodatkowe warunki.
Jako zastosowanie otrzymany jest nowy dowód klasycznego twierdzenia Godementa oraz podana jest pełna charakteryzacja relacji równoważności dla której klasy abstrakcji są spójnymi podrozmaitościami i łącznie tworzą regularną foliację (twierdzenie 3).
Algebroid
tranzytywny wiązki głównej i niedomkniętej podgrupy Liego [10], [11], [13],
[16].
Praca [10] szczegółowo wprowadza
trzy równoważne definicje algebroidu Liego wiązki głównej P(M,G).
(1) W oparciu o wiązkę wektorową Atiyaha A(P)=TP/G. Funkcje przejścia dla lokalnych trywializacji są otrzymane (Uwaga 2.2).
(2) W oparciu o grupoid Liego Ehresmanna PP-1 .
(3) W
oparciu o wiązkę wektorową W1(P)´H (Rn ´ g)
stowarzyszoną z wiązką główną W1(P) przedłużeń 1-rzędu wiązki
P, za pomocą pewnego lewego działania n-wymiarowego przedłużenia
1-rzędu H=G1n grupy Liego G na przestrzeń Rn
´ g, gdzie g jest prawą algebrą Liego
grupy Liego G.
Naturalne izomorfizmy w kategorii algebroidów Liego między tymi trzema
konstrukcjami są podane.
Praca [11] (konferencyjny wykład) jest skróconą wersją pracy [13].
W pracy [13] pojęcie lokalnego homomorfizmu między wiązkami głównymi jest
wprowadzone jako rodzina lokalnie określonych homomorfizmów spełniająca pewne
warunki zgodności (Def. 2.1). Każdy homomorfizm algebroidów Liego tych wiązek
głównych indukuje tak określony lokalny
homomorfizm wiązek głównych. W związku z tym niezmienniki
algebroidu Liego wiązki głównej są
równoważne z niezmiennikami lokalnych izomorfizmów wiązek głównych. Zauważono w
pracy, że homomorfizm Cherna-Weila wiązki głównej P ze spójną grupą
strukturalną jest niezmiennikiem lokalnych izomorfizmów wiązek głównych a zatem
jest niezmiennikiem algebroidu Liego wiązki głównej. Warunek spójności grupy
strukturalne okazał się zbędny co pokazano później w pracy [16].
Dalsza część pracy dotyczy niezmiennika jakim jest stowarzyszona wiązka
algebr Liego i pytania: Ile informacji o wiązce głównej jest zawarte w
stowarzyszonej wiązce algebr Liego ? W odpowiedzi otrzymano następujące
twierdzenia:
Twierdzenie. Dla danej
wiązki algebr Liego o półprostych włóknach istnieje dokładnie jeden algebroid
Liego (z dokładnością do izomorfizmu) o danej stowarzyszonej wiązce algebr
Liego.
(Uwaga: twierdzenie to okazuje się być wnioskiem z ogólnego twierdzenia
klasyfikującego zawartego w książce K. Mackenziego, wspomnianej przy omawianiu
pracy [1]).
W konkluzji otrzymujemy:
Twiedzenie. Dwie wiązki główne o półprostych
strukturalnych grupach Liego są
lokalnie izomorficzne wtedy i tylko wtedy gdy stowarzyszone wiązki algebr Liego
są izomorficzne.
W końcu pracy jest pokazane:
-- Nie istnieje R-wiązka główna której algebroid Liego byłby izomorficzny z algebroidem
Liego S1-wiązki Hopfa S3®S2.
-- Istnieje nietrywialna wiązka główna której algebroid Liego jest trywialny. Jest nią np. nietrywialna Spin3-struktura na rozmaitości RP(5).
Praca [16] dotyczy pewnego wykorzystania algebroidu Liego wyznaczonego przez foliację lewych kozbiorów grupy Liego G przez niedomkniętą podgrupę Liego. Foliacja ta jest transwersalnie zupełna i zgodnie z teorią P.Molino posiada algebroid Liego A(G,H) nad rozmaitością bazową tej foliacji którą jest tutaj przestrzeń ilorazowa G przez domknięcie H, G/H- . W pracy skonstruowany jest ten algebroid niezależnie od teorii Molino. Następujące twierdzenia strukturalne dotyczące algebroidu Liego A(G,H) są otrzymane:
-- stowarzyszona wiązka algebr Liego jest trywialną wiązką abelowych algebr Liego,
-- jeśli algebroid Liego A(G,H) posiada płaską koneksję to jest trywialny.
Zastosowania algebroidu Liego A(G,H) dotyczą minimalnej domkniętości (w sensie Malceva) podalgebry Liego hÌ g.
Twierdzenie. Jeśli HÌG jest spójną niedomkniętą
podgrupą Liego grupy Liego G i h, h¯, g są algebrami Liego H, domknięcia H¯ i G
odpowiednio oraz istnieje podalgebra Liego c Ì g taka, że that c + h ¯= g, c Ç h ¯= h, wtedy algebroid
Liego A(G,H) dopuszcza płaską koneksję i h jest
minimalnie domknięta.
Jako wniosek otrzymujemy: jeśli p1(G) jest skończona, to taka podalgebra Liego c nie istnieje.
Homomorfizm Cherna-Weila regularnego algebroidu
Liego [12], [15].
Praca [12] jest konferencyjnym referatem omawiającym tranzytywne algebroidy Liego w kierunku określenia homomorfizmu Cherna-Weila. Detale i uogólnienie dla regularnych algebroidów Liego znajdują się w pracy [15].
Praca [15] dotyczy określenia i badania homomorfizmu Cherna-Weila regularnego algebroidu Liego i jest podstawą rozprawy habilitacyjnej [17].
Dziedziną skonstruowanego homomorfizmu charakterystycznego Cherna-Weila regularnego algebroidu Liego jest algebra cięć niezmienniczych (względem reprezentacji wewnętrznej algebroidu) symetrycznych potęg wiązki dualnej do stowarzyszonej z algebroidem wiązki algebr Liego. Praca pokazuje, że właściwym podejściem do klas charakterystycznych algebroidów Liego nie jest adaptacja klasycznej teorii elementów niezmienniczych względem reprezentacji grupy Liego w skończenie wymiarową przestrzeń wektorową i wyliczanie odpowiadających im klas kohomologii lecz studiowanie cięć pewnych wiązek wektorowych niezmienniczych względem reprezentacji algebroidu Liego. Ponieważ nie wszystkie tranzytywne algebroidy Liego są całkowalne w tym sensie, że nie są izomorficzne z algebroidami Liego wiązek głównych (Tw. Almeido-Molino charakteryzuje np. te TC-foliacje dla których algebroid Liego jest izomorficzny z algebroidem Liego pewnej wiązki głównej) to znaleziony homomorfizm w kategorii regularnych Liego można stosować do tych kategorii obiektów geometrycznych z których działa funktor Liego w kategorię algebroidów Liego. Poza wiązkami głównymi są to w szczególności TC-foliacje, rozmaitości Poissona czy rozmaitości Jacobiego. W pracy znaleziono rodzinę niecałkowalnych algebroidów Liego o nietrywialnym homomorfiźmie Cherna-Weila.
Twierdzenie. Algebroid
Liego A(G,H) niedomkniętej podgrupy Liego HÌ
G grupy Liego zwartej, półprosteji G ma
nietrywialny homomorfizm Cherna-Weila. Gdy G jest dodatkowo jednospójna to
algebroid Liego A(G,H) jest także niecałkowalny.
W pracy podano znaczenie homomorfizmu Cherna-Weila dla TC-foliacji jako przeszkodę do istnienia pewnych dystrybucji co wynika stąd, że pewien rodzaj dystrybucji równoważny jest z płaską koneksją w algebroidzie Liego tej foliacji [Tw. 6.3.5].
W przypadku algebroidu Liego A(P)
wiązki głównej P homomorfizmy charakterystyczne dla P i dla A(P)
są równoważne pod warunkiem spójności przestrzeni totalnej P (grupa
strukturalna G wiązki P może nie być spójna) co wzmacnia
twierdzenie z pracy [13]. Podstawa do tego faktu jest następująca: w pracy
określono reprezentacje wiązki głównej
w wiązkę wektorową oraz cięcia tej wiązki wektorowej niezmiennicze
względem danej reprezentacji.
Reprezentacja wiązki głównej w wiązkę wektorową posiada różniczkę –
reprezentacje algebroidu Liego w tę wiązkę która posiada swoją przestrzeń cięć
niezmienniczych. W pracy udowodniono
twierdzenie (analogiczne do grup Liego), że w przypadku spójnej przestrzeni
totalnej wiązki głównej te dwie przestrzenie cięć niezmienniczych są identyczne
[Tw. 5.5.3]. Dla reprezentacji wiązki głównej w przestrzeń wektorową przestrzeń
jej cięć niezmienniczych jest izomorficzna z przestrzenią wektorów
niezmienniczych odpowiadających reprezentacji strukturalnej grupy Liego we włókno typowe wiązki
wektorowej. Stąd otrzymano wspomnianą równoważność homomorfizmów Cherna-Weila
dla P i dla A(P).
Foliacje osobliwe w sensie Stefana, redukcja
aksjomatów [14]
W pracy [14] udowodniono posiłkując się twierdzeniem Baire dla lokalnie zwartych przestrzeni, że jeden z aksjomatów definicji osobliwej foliacji, pochodzącej od P.Stefana, wynika z pozostałych. Mianowicie ten, który mówi, że elementy foliacji (którymi są imersyjne podrozmaitości) są tzw. liśćmi względem wszystkich lokalnie spójnych przestrzeni topologicznych.