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G2 다양체

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1. 개요

G₂ 다양체는 7차원 리치 평탄 유향 스핀 다양체이다. 1955년 마르셀 베르제의 분류 정리를 통해 연구가 시작되었으며, 로버트 브라이언트, 도미닉 조이스 등의 수학자들이 G₂ 다양체의 존재와 구성을 증명했다. 특히, 조이스는 최초의 콤팩트 G₂ 다양체를 구성했으며, 이는 "조이스 다양체"로 불리기도 한다. 최근에는 스핀 구조, 버금 접촉 계량 구조, 그리고 콤팩트 G₂ 다양체의 새로운 구성에 대한 연구가 진행되었다. G₂ 다양체는 끈 이론, 특히 M-이론에서 중요하며, 초대칭성을 깨뜨리고 4차원 이론을 구성하는 데 활용된다.

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G2 다양체
개요
종류7차원 리만 다양체
성질홀로노미 그룹이 G₂인 리만 다양체
Ricci 평탄 다양체
SU(3) 다양체
정의
설명7차원 리만 다양체 (M, g)에서, 구조군이 G₂를 포함하는 경우, 즉 홀로노미 그룹이 G₂인 경우, M을 G₂ 다양체라고 한다.
G₂는 7차원 벡터 공간 R⁷의 선형 변환 그룹이다.
G₂ 구조는 M 위에 정의된 3차 미분 형식 φ와 관련이 있다.
G₂ 다양체는 φ가 공변수적으로 상수일 때, 즉 ∇φ = 0일 때 정의된다.
여기서 ∇는 레비-치비타 접속이다.
성질
리치 평탄G₂ 다양체는 항상 Ricci 평탄 다양체이다.
스핀(Spin) 다양체G₂ 다양체는 항상 스핀 다양체이다.
해밀턴 계량콤팩트한 G₂ 다양체는 해밀턴 계량을 갖는다.
게오르크 요하네스 레흐와 도미니크 조이스는 모든 콤팩트 G₂ 다양체에 대해 해밀턴 계량이 존재함을 증명했다.
예시
특이점 해결알브레히트 클레는 칼라비-야우 다양체의 코닉 번들의 특이점을 해결하여 G₂ 다양체를 구성하는 방법을 보여주었다.
이것은 특이 G₂ 다양체의 처음으로 알려진 매끄러운 해결책이었다.
연결합사이먼 도널드슨과 러시디 토마스는 두 개의 비특이 칼라비-야우 3-다양체의 연결합에 대한 특이 계량을 사용하여 G₂ 다양체를 구성했다.
이 방법은 특이점 해결보다 훨씬 일반적이다.
참고 문헌
참고 문헌Harvey & Lawson (1982)

2. 성질

모든 G₂ 다양체는 7차원 리치 평탄 유향 스핀 다양체이다. 또한 G₂와 같은 홀로노미를 갖는 모든 콤팩트 다양체는 유한 기본군, 0이 아닌 첫 번째 폰트랴긴 특성류, 0이 아닌 세 번째 및 네 번째 베티 수를 갖는다.

3. 역사

1955년 마르셀 베르제의 분류 정리에 의해 G₂가 특정 리만 7-다양체의 홀로노미 군일 수 있다는 추측이 처음 제안되었다.[10][2] 1962년 짐 사이먼스가 이 추측에 대한 단순화된 증명을 제시하였다.[10][2] 에드몬드 보난은 G₂ 다양체가 존재한다면 평행 3형식과 평행 4형식을 모두 가지며, 필연적으로 리치 평탄일 것임을 보였다.[10][2]

1984년 로버트 브라이언트가 최초로 G₂ 홀로노미를 갖는 국소적 7-다양체를 구성하였고,[11][3] 1987년에 그 존재에 대한 완전한 증명을 발표했다.[11][3] 1989년 브라이언트와 사이먼 살라몬이 G₂ 홀로노미를 갖는 완비 (비콤팩트) 7-다양체를 구성하였다.[12][4] 1994년 도미닉 조이스가 최초의 콤팩트 G₂ 다양체를 구성하였다.[13][5] 콤팩트 G₂ 다양체는 물리학 문헌에서 "조이스 다양체"로 불리기도 한다.[13][5]

2013년 M. Firat Arikan, 조현주, 세마 살루르는 스핀 구조와 G₂-구조를 가진 다양체가 호환 가능한 버금 접촉 계량 구조를 허용함을 보였고, 명시적인 호환 가능한 버금 접촉 구조를 G₂-구조를 가진 다양체에 대해 구성하였다.[14][6] 이들은 또한 특정 종류의 G₂-다양체가 접촉 구조를 허용함을 보였다.

2015년 Alessio Corti, 마크 하스킨스, 요하네스 노르드스트룀 및 토마소 파치니는 사이먼 도널드슨의 아이디어를 바탕으로 콤팩트 G₂ 다양체의 새로운 구성을 제시하여, 수만 개의 새로운 미분동형사상류를 생성했다.[15][7]

4. 물리학과의 연결

G₂ 다양체는 끈 이론에서 중요하며, 원래 초대칭성을 1/8로 줄인다. 예를 들어, M이론을 G₂ 다양체에 축소화하면 N=1 초대칭을 갖는 4차원 이론을 얻을 수 있다.[16][8]

4. 1. 끈 이론에서의 역할

끈 이론에서 M-이론을 G₂ 다양체에 축소화하면 N=1 초대칭을 갖는 4차원(11-7=4) 이론을 얻을 수 있다. 이때 원래 초대칭의 1/8만 남게 된다.[16][8] 결과적으로 생성되는 저에너지 유효 초중력 이론은 단일 초중력 초다중항, G₂ 다양체의 세 번째 베티 수와 같은 수의 키랄 초다중항, 그리고 두 번째 베티 수와 같은 수의 U(1) 벡터 초다중항을 포함한다. 최근에는 세마 살루르 등이 구성한 버금 접촉 구조가 G₂ 기하학에서 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다.[8]

4. 2. M-이론에서의 역할

M이론G₂ 다양체축소화하면 N=1 초대칭을 갖는 실제 4차원(11-7=4) 이론이 된다.[16][8] 결과적으로 생성된 저에너지 유효 초중력은 단일 초중력 초다중항, G₂ 다양체의 세 번째 베티 수와 같은 수의 키랄 초다중항, 그리고 두 번째 베티 수와 같은 수의 U(1) 벡터 초다중항을 포함한다. 최근에 세마 살루르 외 연구진에 의해 구성된 거의 접촉 구조가 G₂ 기하학에서 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다.[8]

4. 3. 최근 연구 동향

최근에는 세마 살루르 등이 구성한 버금 접촉 구조가[16][8] G₂영어 기하학에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 이러한 다양체는 끈 이론에서 중요하며, 원래의 초대칭을 원래 양의 1/8로 깨뜨린다. 예를 들어, M-이론에서 G₂영어 다양체를 축소화하면 N=1 초대칭을 갖는 실 4차원(11-7=4) 이론으로 이어지며, 이는 끈 이론과 M-이론의 이해를 더욱 심화시키는 데 기여할 것으로 기대된다. 결과적으로 생성된 저에너지 유효 초중력은 단일 초중력 초다중항, G₂영어 다양체의 세 번째 베티 수와 동일한 개수의 키랄 초다중항 및 두 번째 베티 수와 동일한 수의 U(1)영어 벡터 초다중항을 포함한다.

참조

[1] 논문 Calibrated geometries
[2] 논문 Sur les variétés riemanniennes à groupe d'holonomie G2 ou Spin(7)
[3] 논문 Metrics with exceptional holonomy
[4] 논문 On the construction of some complete metrics with exceptional holonomy
[5] 서적 Compact Manifolds with Special Holonomy Oxford University Press
[6] 논문 Existence of compatible contact structures on G_2-manifolds
[7] 논문 "{{math|''G''2}}-manifolds and associative submanifolds via semi-Fano 3-folds" http://opus.bath.ac.[...]
[8] 논문 Almost contact structures on manifolds with a {{math|''G''2}} structure
[9] 논문 Calibrated geometries
[10] 논문 Sur les variétés riemanniennes à groupe d'holonomie G2 ou Spin(7)
[11] 논문 Metrics with exceptional holonomy
[12] 논문 On the construction of some complete metrics with exceptional holonomy
[13] 서적 Compact Manifolds with Special Holonomy Oxford University Press
[14] 논문 Existence of compatible contact structures on G_2-manifolds
[15] 저널 http://opus.bath.ac.[...]
[16] 저널



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