1. 引言
泊松结构最早出现在经典动力学中,用于描述哈密顿系统中的动力学。对空间
及其任意光滑函数
和
,定义
(1)
这里
是
的坐标函数。因此,在
中的一个质点的哈密顿运动方程为:
, (2)
其中,
是汉密尔顿量
。等价地,哈密顿运动方程(2)可以通过公式(1)表示为:
(3)
对于这些微分方程的每个解
,由公式(1)和公式(3)可得,对于任意的
上的光滑函数
,总有:
。
因此,泊松结构在哈密顿系统中占据了关键性的角色。
经过多年的研究,尤其是最近四十多年来,人们对流形的泊松结构有了深入的认识和理解。人们发现(实)泊松结构自然地出现在许多研究领域中,其中既包括微分几何、辛几何、可积系统和李理论,也包括经典(量子)力学和弦论等。例如,作为数学物理中一种从经典动力系统出发构造量子动力系统的重要方法,形变量子化自然地与泊松结构有着密切的联系。这一构造思想最早可追溯到Moyal和Weyl等人。在随后的几十年中,Lichnerowicz、Drinfel’d及Fedosov等人在这方面都作出了杰出的贡献。实泊松流形形变量子化的存在性是Kontsevich在1998年获得菲尔兹奖的工作之一。他在[1]中通过构造流形上多重向量场空间到光滑函数空间的Hochschild上链复形的
-拟同构映射(即Formality定理),从而证明了泊松流形的函数空间作为一个泊松代数是可量子化的。Kontsevich的Formality定理本质上说给定一个光滑流形,其形变量子化在规范等价意义下与泊松结构在等价意义下是一一对应的。
在许多情况下,如代数几何、复几何、表示论、规范理论等领域中,泊松结构实际上是全纯的,这一点在文献[2]-[5]等中有所体现。从代数几何的角度研究泊松结构,至少可以追溯到Bondal [6]和Polishchuk [7]的工作,读者可以通过[8]了解关于全纯泊松结构的代数几何的知识。作为泊松几何中的研究热点之一,在最近的二十多年中,全纯泊松流形得到了人们广泛的研究。特别地,人们从代数几何、复几何和泊松几何等领域研究了全纯泊松流形,并取得了许多重要成果。1997年,为了分类泊松代数簇上的二次泊松结构,尝试证明Bondal的猜想[6],Polishchuck [9]探索了全纯泊松流形的胀开(blow-up)。最近,在Polishchuck的工作基础上,Pym [10]在双有理意义下对全纯泊松射影曲面和三维正则全纯泊松射影流形进行了分类。2010年,基于Evens等[11]关于李代数胚的相关理论,Stiénon [12]证明了全纯泊松流形上Koszul-Brylinski同调的Evens-路-Weinstein对偶。2012年左右,Hitchin [2]、Fiorenz-Manetti等[13]和Ran [14]各自从不同的角度出发研究了全纯泊松结构的形变问题。最近,Hong等[15]和Hong [16]计算了几类特殊全纯泊松流形的Lichnerowicz-Poisson上同调;Chen及其合作者[17] [18]从广义复几何出发研究了全纯泊松流形的Lichnerowicz-Poisson上同调。
本文的主要目的是计算一类全纯泊松流形的全纯Koszul-Brylinski同调。Koszul-Brylinski同调最初是由Koszul和Brylinski分别在20世纪70年代和80年代独立引入的,目的是解决一些与泊松流形上的代数结构相关的问题,具体来说,它是为了弥补传统的同调理论(如de Rham同调、奇异同调等)在处理具有泊松结构的流形时的不足。随着研究的深入,在复泊松几何中,由Koszul-Brylinski同调逐渐发展出了全纯Koszul-Brylinski同调的框架,这一扩展进一步拓宽了该理论的应用范围。具体而言,假设
是一个复维数为
的紧致全纯泊松流形,且
是给定的全纯泊松双向量场,则有全纯Koszul-Brylinski复形:
,
其中,
是Koszul-Brylinski算子,
。上述层复形的超同调,记作
,称为X的全纯Koszul-Brylinski同调。
通常来说,全纯泊松流形的全纯Koszul-Brylinski同调同时受到流形的复结构和泊松结构的影响,因此其计算的难度很大。据我们所知,只有一些特定的类被计算出来[19] [20],本文主要是研究Iwasawa流形和六维幂零流形的同调计算。Iwasawa流形作为特殊的幂零流形,长期以来都受到人们的关注。作为一类非凯莱流形,也是全纯平行流形。Nakamura [21]计算了Iwasawa流形的Kuranishi空间并分类了Iwasawa流形的形变。更一般地,幂零流形作为一类重要的紧致的非凯莱流形,通常情况下具有良好的几何结构,如辛结构等,因此自然地有着重要的应用。事实上,Benson和Gordon [22]证明了一个复幂零流形是凯莱流形当且仅当它是一个环面。因此,从这个角度看,研究Iwasawa流形和幂零流形的同调有着自然的意义。通过这些计算,我们可以深入理解这些流形的拓扑结构和几何结构,并尝试将其应用于更广泛的数学物理和几何学中。
2. 预备知识
在本节中,我们将回顾关于全纯泊松流形以及全纯泊松流形的Koszul-Brylinski同调的基本概念。设
为一个复流形,
表示其结构层(即全纯函数的层),
表示全纯
-形式的层,而
则表示全纯向量场的层。
定义2.1 一个复流形
被称为全纯Poisson流形,如果存在一个截面
,使得
且
,其中
表示Schouten括号,这样的
被称为
的全纯Poisson双向量场。
这里的
是流形上的Schouten括号,其定义在流形上的多重向量场之间:对于两个
-重向量场
和
,Schouten括号定义为:
。
Koszul-Brylinski同调由Koszul [23]和Brylinski [24]独立地引入。设
是一个全纯泊松流形。
的全纯形式层上的Koszul-Brylinski算子定义如下:
。
其中,算子
定义为:局部上,对一个一般的
-型微分形式
,
;Dolbeault算子
定义为:对
-型微分形式
,
;
而
是关于全纯泊松二向量场
的缩并算子,
,对
有:
。
的全纯Koszul-Brylinski复形是以下的层复形:
,注意
的度是
。
定义2.2 全纯Poisson流形
的第
阶Koszul-Brylinski同调定义为其全纯Koszul-Brylinski复形的第
阶超同调,也就是说,
。
引理2.3 设
是一个全纯Poisson流形。则它的全纯Koszul-Brylinski复形具有一个分解,该分解是双重复形
的总复形
其中,
是
上
-形式空间。
根据Stiénon的结果[25],全纯Evens-Lu-Weinstein配对在全纯Koszul-Brylinski同调上是非退化的。更精确地说,如果
是一个复维数为
的紧致全纯泊松流形,那么对于
,存在同构
。
从对偶的角度来看,存在一个全纯的Lichnerowicz-Poisson复形
,其结构为:
,
其中,
。
的第
阶超上同调称为第
阶全纯Lichnerowicz-Poisson上同调,即:
。
设
存在一个全纯体积形式
,那么对于每个
,存在自然的层映射
。
然而,这个映射并不能诱导出从复形
到复形
的映射。原因在于,下面的图表通常不是交换的:
所以有了以下定义。
定义2.4 [20]如果一个全纯泊松流形
存在一个全纯体积形式
,使得态射
诱导出一个从复形
到复形
的态射,则称
为单模流形。
等价地,当且仅当
,或者由Weinstein和Brylinski-Zuckerman引入的模量向量场消失,则称
为单模流形。
推论2.5 如果全纯泊松流形
是单模流形,那么对于任何
都有同构关系:
,
其中,
。
3. 主要结果
首先,让我们回顾一些关于复数域上的幂零流形的基本概念。设
是一个具有李代数
的复数域上的幂零李群,其复化形式为
。设
是
的一个离散子群,假设
是与之相关的幂零流形,它同时配备了一个左不变的复结构
和一个左不变的全纯泊松双向量场
。那么,对任意的
,存在一个复形到复形的自然包含:
。 (4)
引理3.1 如果映射公式(4)是一个拟同构,那么双复形
的总上同调和
是同构的。
3.1. Iwasawa流形
设
是一个海森堡李群:
。
作为复流形,
同构于
。考虑离散群
,其中
是高斯整数集合。左乘法导致了在
上自然存在的
-作用。相应地,
上的
-作用为
,其中
。这样的
-作用对应一个单射
,这里
是
的仿射变换群,因此
-作用是忠实的。于是,我们得到
-商空间
并称其为Iwasawa流形。Iwasawa流形是非凯莱的、非形式的,并且复可平行化的[26] [27]。
我们用
来表示
上左不变全纯微分形式的空间,且
有一组基
满足下列结构方程:
。
上的左不变全纯向量场的李代数记作
,其具有对偶基:
,
相应的结构方程为:
。
注意到
上的每个左不变的全纯双向量场
可以表示为
,其中
是常数。由结构方程可以验证当且仅当
时,有
。此时,
表示为两个兼容的泊松双向量场
和
的线性组合。同时,在
上,由于
,我们得到
。
我们现在考虑全纯泊松流形
的全纯Koszul-Brylinski同调,这里
是
上左不变的全纯泊松双向量场。为方便起见,我们记
。
我们将算子
作用到
的每一个微分形式,但由于
,因此我们需要且只需要考虑
的作用,从而由结构方程得到下列结果:
1) 观察到
,并且
,因此有
。
2) 注意到
。我们有
,
,所以得到
和,由于
,我们有
。因为1阶同调群只被
和
影响,所以
。
3) 注意到
,我们有
,因为
,我们有
,
,所以得到
和,因为
,我们有
。因为2阶同调群只被
、
、
影响,所以
。
4) 注意到
,我们有
,因为
,我们有
,又
,且
,所以得到
且。又
,因为3阶同调群只被
、
、
、
影响,所以
。
5) 注意到
,我们有
,因为
,我们有
,又因为
,我们有
,所以得到
且,因为4阶同调群只被
、
、
影响,所以
。
6) 注意到
,我们有
,又因为
,我们有
,因为5阶同调群只被
和
影响,所以
。
7) 显然
,并且
,所以
。
通过上述讨论,我们得到了表1,记录了
的全纯Koszul-Brylinski同调。
Table 1. Holomorphic Koszul-Brylinski homology of
表1.
的全纯Koszul-Brylinski同调
k |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2. 六维幂零流形
受Iwasawa流形的启发,我们深入探索了幂零李群
。
我们把
看作一个复流形,它与复向量空间
是同构的。现在,我们考虑
中的离散子群
,它由
与
的交集构成,即
。通过左乘法,
在
上有一个自然的作用,而这个忠实表示在
上为:
相应的
-商空间
构成一个六维的紧致复流形。另外,记
为
上的左不变全纯微分形式的集合,它的一组基为:
,
,
相应的结构方程是:
,
对偶地,
的左不变全纯向量场的李代数,记作
,有一组基:
,
。
对偶基的唯一非平凡关系是:
。
我们将研究六维幂零流形
上特定的全纯泊松结构[18] [19]。这些结构通过左不变全纯双向量场来描述,为了简化表达,我们定义
,其中
,我们将分析
在以下三个全纯泊松双向量场下的全纯Koszul-Brylinski同调:
。
3.2.1.
的计算
我们将算子
作用到
的每一个微分形式后,根据结构方程可以得到下列结果:
1) 观察到
且
,我们得到
。
2) 在
上,由于
,
,我们得到
。在
上,由于
,我们得到
。因为1阶同调群只被
和
影响,所以
。
3) 在
上,由于
我们得到
。在
上,由于
,我们得到
。
在
上,由于
我们得到
。因为2阶同调群只被
、
、
影响,所以
。
4) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
。
在
上,我们得到
。因为3阶同调群只被
、
、
、
影响,所以
。
5) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
。
在
上,我们得到
,在
上,我们得到
。因为4阶同调群只被
、
、
、
、
影响,所以
。
6) 在
上,由于
,我们得到
。
在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
。因为5阶同调群只被
、
、
、
、
、
影响,所以
。
7) 在
上,由于
,我们得到
。在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
,在
上,我们得到
。因为6阶同调群只被
、
、
、
、
、
、
影响,所以
。
通过上述讨论,我们得到表2。
Table 2. Holomorphic Koszul-Brylinski homology of
表2.
的全纯Koszul-Brylinski同调
k |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.2.
的计算
我们将算子
作用到
的每一个微分形式后,根据结构方程可以得到下列结果:
1) 观察到
且
,我们得到
。
2) 在
上,由于
,
,我们得到
。在
上,由于
,我们得到
。因为1阶同调群只被
和
影响,所以
。
3) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,由于

我们得到
。
在
上,由于
我们得到
。因为2阶同调群只被
、
、
影响,所以
。
4) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
。
因为3阶同调群只被
、
、
、
影响,所以
。
5) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
。
因为4阶同调群只被
、
、
、
、
影响,所以
。
以此计算,我们得到
,
。
最终我们得到表3。
Table 3. Holomorphic Koszul-Brylinski homology of
表3.
的全纯Koszul-Brylinski同调
k |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.3.
的计算
我们将算子
作用到
的每一个微分形式后,根据结构方程可以得到下列结果:
1) 观察到
,且
,我们得到
。
2) 在
上,由于
,我们得到
。在
上,由于
,我们得到
。因为1阶同调群只被
和
影响,所以
。
3) 在
上,由于
我们得到
。
在
上,由于
我们得到
。
在
上,由于
我们得到
。
因为2阶同调群只被
、
、
影响,所以
。
4) 在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
在
上,我们得到
,
,
在
上,我们得到
,
因为3阶同调群只被
、
、
、
影响,所以
,
以此计算,我们得到
,
,
。
最终我们得到表4。
Table 4. Holomorphic Koszul-Brylinski homology of
表4.
的全纯Koszul-Brylinski同调
k |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
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|
对于复数域
上的更高维的海森堡群
,
我们也可以以同样的方法尝试计算其同调群,但由于同调群的计算在高维情况下可能涉及复杂的代数运算和大量的组合结构,因此手动计算的难度和工作量都相当庞大。借助计算机代数系统,例如GAP、Magma或SageMath,我们可以更方便地处理这些复杂的同调问题,从而促进我们对李群和同调理论的深入研究。