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  • 1 # 數學掃地僧

    聯絡是定義在纖維叢上的一個重要的微分幾何概念,它起源於黎曼流形的列維-齊維塔聯絡,後來被擴充到一般的具有流形結構的纖維叢上去,對研究各種幾何空間的性質,確定纖維叢的拓撲結構,都有重要作用。它還和理論物理中的規範勢等價。

    黎曼聯絡是其中最基本最重要的一種,也就是列維-齊維塔聯絡。然而有意思的是這個概念的發現和黎曼本人毫無關係,而是在黎曼去世差不多50年後才由列維-齊維提出。

    聯絡起源於微分幾何曲面上向量的平行移動。在歐式空間上,由於標架場可以整體定義,那麼向量場便可以順利地求方向導數。然而在流形上,不同點的切空間是不同的向量空間,無法直接進行微分,所以就必須在流形上再賦予一種新的結構,即所謂的“平移同構”,使我們可以定義微分,這樣的結構就是現在所說的聯絡,而列維-齊維塔聯絡便是黎曼流形上最自然的一種聯絡,被黎曼度量所唯一確定。

    形象而言,聯絡就是一個對映,把一個向量場映為一個新的向量場,使得它擁有方向導數的性質。

    而黎曼聯絡的要求還要更加嚴格,增加了撓率為零和保持黎曼內積兩條要求。定義了黎曼聯絡之後,就能像歐式空間一樣引入微分,導數等概念,大大方便了對黎曼流形的研究,使得幾何學真正煥發了生命力。聯絡如此重要,以至於之後誕生了專門研究各種聯絡的聯絡論。不僅在流形上,之後還定義了切叢,纖維叢上的聯絡等等。

    聯絡結構的提出,大大促進了微分幾何學的發展,甚至可以說改變了微分幾何學的面貌,使之有了今天這樣繁榮的景象。這些應歸功於Levi-Civita,Weyl,Koszul,Ehresmann等數學家。

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