本书暂定概念:尚未进入正式概念库。下面是本书给出的定义原文。

定义 · 定义 9.1

一个(可微)纤维丛(fibre bundle) 由下列要素组成:

(i) 一个可微流形 ,称为全空间(total space)。

(ii) 一个可微流形 ,称为底空间(base space)。

(iii) 一个可微流形 ,称为纤维(fibre)(或典型纤维)。

(iv) 一个满射 ,称为投影映射(projection)。逆像 称为点 处的纤维。

(v) 一个李群 ,称为结构群(structure group),它左作用在 上。

(vi) 一组 的开覆盖 ,以及微分同胚 ,使得 。映射 称为局部平凡化(local trivialization),因为 把 映到直积 上。

(vii) 若记 ,则映射 是微分同胚。在 上,我们要求 是 的元素。于是 与 通过光滑映射 相联系,如图 9.2所示

映射 称为过渡函数(transition function)。

[注:我们常用简写 或干脆用 来表示纤维丛 。]

严格说来,纤维丛的定义应当与 的特定覆盖 无关。在数学文献中,这一说法被用来定义坐标丛 。若 仍是坐标丛,则称两个坐标丛 与 等价。纤维丛定义为坐标丛的等价类。然而在物理学的实际应用中,我们总是采用某个

图 9.2. 在交叠区域 上,同一元素 (其中 )被赋予两个元素 。它们通过 相联系,如 。

确定的覆盖,并且不区分坐标丛与纤维丛。]

我们需要澄清几点。取底空间 的一个坐标卡 。 是一个直积,与 微分同胚,其中 就是该微分同胚。若 ,则在 上有两个映射 和 。取一点 ,使得 。于是我们得到 的两个元素,一个由 给出,另一个由 给出,

见图 9.2。存在映射 ,它把 与 联系起来,即 。这也写作(9.4)。

我们要求过渡函数满足如下相容性条件:

除非这些条件得到满足,纤维丛的各个局部片段就无法相容地粘合起来。若所有过渡函数都可取为恒等映射,则称该纤维丛为平凡丛(trivial bundle)。平凡丛就是直积 。

给定纤维丛 ,可能的过渡函数集合显然远非唯一。设 是 的一个覆盖, 与 是给出同一纤维丛的两组局部平凡化。各自的局部平凡化的过渡函数为

在每一点 处定义映射 为

我们要求 是属于 的同胚。若 与 描述的是同一个纤维丛,这一要求当然必须满足。由(9.7)和(9.8)容易看出

在以后将要遇到的实际情况中, 是把局部坐标卡粘合起来所需的规范变换,而 则对应于坐标卡 内部的规范自由度。若丛是平凡的,我们可以把所有过渡函数都取为恒等映射。此时过渡函数的最一般形式为

设 是一个纤维丛。一个截面(section)(或横截面) 是满足 的光滑映射。显然, 是 的元素。 上截面的集合记作 。若 ,我们可以谈论只在 上定义的局部截面(local section)。 表示 上局部截面的集合。例如, 等同于向量场的集合 。应当注意,并非所有纤维丛都容许整体截面。

出处:9.2 纤维丛 · node a-a0ea8d42fdb5b94527b62728 · 源节点 SHA-256 769808919e7cffe6…