2024-09-10

M理論幾何学でござる

M理論幾何学を最も抽象的かつ厳密に記述するには、圏論アプローチが不可欠でござる。

導来圏とM理論

M理論幾何学構造は、三角圏の枠組みで捉えることができるのでござる。特に、カラビ・ヤウ多様体 X の導来圏 D⁰(Coh(X)) が中心的役割を果たすのでござる。

定義:D⁰(Coh(X)) は連接層の有界導来圏であり、以下の性質を持つのでござる:

1. 対象:連接層の複体

2. 射:準同型の導来クラス

3. 三角構造:完全三角形の存在

この圏上で、Fourier-向井変換 Φ: D⁰(Coh(X)) → D⁰(Coh(X̂)) が定義され、これがミラー対称性数学的基礎となるのでござる。

A∞圏と位相的弦理論

M理論位相的側面は、A∞圏を用いて記述されるのでござる。

定義:A∞圏 𝒜 は以下の要素で構成されるのでござる:

1. 対象の集合 Ob(𝒜)

2. 各対の対象 X,Y に対する次数付きベクトル空間 hom𝒜(X,Y)

3. 次数 2-n の演算 mₙ: hom𝒜(Xₙ₋₁,Xₙ) ⊗ ⋯ ⊗ hom𝒜(X₀,X₁) → hom𝒜(X₀,Xₙ)

これらは以下のA∞関係式を満たすのでござる:

∑ᵣ₊ₛ₊ₜ₌ₙ (-1)ʳ⁺ˢᵗ mᵣ₊₁₊ₜ(1⊗ʳ ⊗ mₛ ⊗ 1⊗ᵗ) = 0

この構造は、Fukaya圏の基礎となり、シンプレクティック幾何学M理論を結びつけるのでござる。

高次圏論M理論

(∞,1)-圏

M理論の完全な幾何学記述には、高次圏論特に(∞,1)-圏が必要でござる。

定義:(∞,1)-圏 C は以下の要素で構成されるのでござる:

1. 対象の∞-グルーポイド Ob(C)

2. 各対の対象 x,y に対する写像空間 MapC(x,y)(これも∞-グルーポイド)

3. 合成則 MapC(y,z) × MapC(x,y) → MapC(x,z)(これはホモトピー整合的)

この構造により、M理論における高次ゲージ変換や高次対称性を厳密に扱うことが可能になるのでござる。

導来代数幾何学

M理論幾何学は、導来代数幾何学の枠組みでより深く理解できるのでござる。

定義:導来スタック X は、以下の関手として定義されるのでござる:

X: CAlg𝔻 → sSet

ここで、CAlg𝔻 は単体的可換環の∞-圏、sSet は単体的集合の∞-圏でござる。

この枠組みにおいて、M理論のモジュライ空間は導来スタックとして記述され、その特異性や高次構造を厳密に扱うことが可能になるのでござる。

量子コホモロジーとGromov-Witten不変量

M理論幾何学的側面は、量子コホモロジー環 QH*(X) を通じて深く理解されるのでござる。

定義:QH*(X) = H*(X) ⊗ ℂ[[q]] で、積構造は以下で与えられるのでござる:

α *q β = ∑A∈H₂(X,ℤ) (α *A β) qᴬ

ここで、*A はGromov-Witten不変量によって定義される積でござる:

α *A β = ∑γ ⟨α, β, γ∨⟩₀,₃,A γ

この構造は、M理論における量子補正を厳密に記述し、ミラー対称性数学的基礎を与えるのでござる。

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