量子群

From testwiki
Jump to navigation Jump to search

量子群(quantum group)乃一系列代數結構之通稱,霍普夫代數(Hopf algebra)之特例,亦可視為q-量子化之李代數也。雖其名曰「羣」,惟彼非矣。以其表示論可構楊振寧-Baxter 方程之解,與扭結不變量

Drinfeld 所謂之量子群

狹義上最常見之量子羣,又曰量子通用包絡代數 (quantum universal envelopping algebra, QUE algebra), 來自Vladimir DrinfeldNicolai ReshetikhinMichio Jimbo 等之學,乃Kac-Moody 代數[1]通用包絡q-形變。 設

量子羣Uq(𝔤)為一單元結合代數[2] ,有生成元:

  • kλ (其中 λ 屬於權格[3] 每一 i 有:2(λ,αi)/(αi,αi)),
  • ei:=eαi, 其中αi 為簡單根;
  • fi:=fαi, 其中αi 為簡單根;
  • k0=1;

  • kλkμ=kλ+μ,
  • kλeikλ1=q(λ,αi)ei,
  • kλfikλ1=q(λ,αi)fi,
  • [ei,fj]=δijkiki1qiqi1,
  • n=01aij(1)n[1aij]qi![1aijn]qi![n]qi!einejei1aijn=0, for ij,
  • n=01aij(1)n[1aij]qi![1aijn]qi![n]qi!finfjfi1aijn=0, for ij,
其中ki=kαiqi=q12(αi,αi)[0]qi!=1[n]qi!q-階乘[4][m]qiq-序列 [5]

末二關係式曰 「q-舍爾關係」[6],即舍爾關係之q-形變

q 逼近 1,此等關係式漸近於一般 通用包絡代數[7] U(𝔤)之關係式,而各元之極限為:

  • kλ1
  • kλkλqq1tλ

其中 tλ 為嘉當子代數𝔥一元,其與𝔥中任何元h 有關係:(tλ,h)=λ(h)。 存在數種餘結合餘積[8] 結構使Uq(𝔤)成為霍普夫代數,例如:

  • Δ1(kλ)=kλkλ, Δ1(ei)=1ei+eiki, Δ1(fi)=ki1fi+fi1,
  • Δ2(kλ)=kλkλ, Δ2(ei)=ki1ei+ei1, Δ2(fi)=1fi+fiki,
  • Δ3(kλ)=kλkλ, Δ3(ei)=ki12ei+eiki12, Δ3(fi)=ki12fi+fiki12, 其中,若有需要,吾人可加入生成元 kλ ,而 λ 為某權格元素與某根格元素之半 之和;

同時,吾人有反餘積[9]TΔ,其中 T(xy)=yx,即

  • Δ4(kλ)=kλkλ, Δ4(ei)=kiei+ei1, Δ4(fi)=1fi+fiki1,其中 Δ4=TΔ1,
  • Δ5(kλ)=kλkλ, Δ5(ei)=1ei+eiki1, Δ5(fi)=kifi+fi1, where Δ5=TΔ2,
  • Δ6(kλ)=kλkλ, Δ6(ei)=ki12ei+eiki12, Δ6(fi)=ki12fi+fiki12, where Δ6=TΔ3.

此等餘積有同一餘單位元[10]ϵ(kλ)=1, ϵ(ei)=0, ϵ(fi)=0

對映[11]各為:

  • S1(kλ)=kλ, S1(ei)=eiki1, S1(fi)=kifi,
  • S2(kλ)=kλ, S2(ei)=kiei, S2(fi)=fiki1,
  • S3(kλ)=kλ, S3(ei)=qiei, S3(fi)=qi1fi,
  • S4(kλ)=kλ, S4(ei)=ki1ei, S4(fi)=fiki,
  • S5(kλ)=kλ, S5(ei)=eiki, S5(fi)=ki1fi,
  • S6(kλ)=kλ, S6(ei)=qi1ei, S6(fi)=qifi.

換一角度,Uq(G) 為域(q)上一代數--上以 q 為變量之有理函數域;

亦可視 Uq(G)為域(q)上一代數--上以 q 為變量之有理函數域(見下文:q=0 時之量子羣一節)。

表示理論

量子羣有多種表示。

由其霍普夫代數結構,Uq(G) 有在其自身上之伴隨表示[12],如下: Adx.y=(x)x(1)yS(x(2)),

其中x(1),x(2) 為常用符號(所謂「Sweedler 符號」)

(x)x(1)x(2):=Δ(x)

情況一:q非 1 之根

權表示[13](或曰「權模[14] )重要。 權模有由權向量[15]所成之基。 權向量即非零向量v, 使每λkλ.v=dλv ,其中每dλ為複數,使

  • d0=1,
  • 每權 λμdλdμ=dλ+μ,。


若 權格中每一 λkλ.v=q(λ,ν)v ,則吾人稱 v 之權為ν

可積表示[16]者, 為一權表示,於其上ei and fi之作用俱為零冪 (即其中每一 v,存在正整數k使每一 ieik.v=fik.v=0)。此時,各數 dλdλ=cλq(λ,ν),其中 ν 屬於權格,而cλ 為複數,使得

  • c0=1,
  • 每權λμcλcμ=cλ+μ,
  • ic2αi=1

最高權表示尤其重要。最高權模生自單一權向量 v;每一權λvkλ.v=dλv ,而每一 iei.v=0 。 類似地,吾人亦有最低權表示,生成自單一權向量 v,而每一 ifi.v=0

𝔤為 Kac-Moody 代數,則在其任何不可約最高權表示(以ν為最高權)中,權重數相等於U(𝔤)之數最高權表示。若其最高權為支配整權[17] (即 2(μ,αi)/(αi,αi) 為非負整數)則權譜在韋爾羣 作用下不變,而此表示可積。

相逆,若有一可積表示,則其最高權向量 vkλ.v=cλq(λ,ν)v,其中 cλ 為複數,使

  • c0=1,
  • 每權 λμ

cλcμ=cλ+μ,

  • c2αi=1 for all i,
  • ν 為整支配整權。

二表示之 張量積亦為一表示。 每Uq(𝔤)中一元 x , 每向量 vw 有作用:x.(vw)=Δ(x).(vw), 使 kλ.(vw)=kλ.vkλ.w;對於餘積 Δ1, 有 ei.(vw)=ki.vei.w+ei.vwfi.(vw)=vfi.w+fi.vki1.w.

上述最高權表示為一一維表示 ( kλ=cλ,) 與一由 v0 生成之最高權表示 (每權 λ 有 k_{\lambda}.v_0 = q^{(\lambda,\nu)} v_0</math> , 而每iei.v0=0 )之張量積。

特别地,若𝔤 為有限維李代數,則支配整最高權表示乃有限維。

最高權表示張量積之直和分解 同一般 Kac-Moody 代數表示之直和分解。

情況二:q為 1 之根

半三角性

情況一:q非 1 之根

嚴格講,Uq(G)半三角霍普夫代數 [18],唯彼有一無窮級數R可假作R-矩陣。 此無窮級數為eifi 與嘉當生成元 tλ之表示式,其中 kλ形式地當作 qtλ。此式可分成兩因式之積:qηjtλjtμj 與 一無窮和,其中 {λj} 嘉當子代數之對偶空間之基,而{μj} 為其對偶基,η 為 +1 或 -1。

此無窮級數 R 可作用於 兩不可約最高權表示(或兩最低權表示)之張量積。更準確地講,若 v 為權- α- 向量,w為權- β-向量,則 qηjtλjtμj.(vw)=qη(α,β)vw,而最高權(或最低權)之性使另一因式於 vw 之作用成有限和。

更準確地講, 若 V 為最高權表示,則無限和RVV上定義有一作用,且 (作為 Hom(V)Hom(V)之元)符 楊振寧-Baxter 方程,故定義一辮羣之表示,亦定義扭結擬不變量[19]

情況二:q為 1 之根

待修

晶體基 - q=o時之量子羣

柏原正樹曾研究q0時量子羣之極限行為。 由Uq(G)之定義關係,可視 Uq(G)(q) 上之霍普夫代數

αi簡單根n為非負整數,設 ei(n):=ein/[n]qi!fi(n):=fin/[n]qi! (特别地, ei(0)=fi(0)=1)。設M為可積表示,λ為一權,uMλ (即權λ向量) 可唯一地分解成

  • u=n=0fi(n)un=n=0ei(n)vn,

其中 unker(ei)Mλ+nαi, vnker(fi)Mλnαi,若un0 則必有 n+2(λ,αi)(αi,αi)0, 而若 vn0 則必有 n2(λ,αi)(αi,αi)0。 線性 影射e~i:MMf~i:MM 可於Mλ上定義:

  • e~iu=n=1fi(n1)un=n=0ei(n+1)vn
  • f~iu=n=0fi(n+1)un=n=1ei(n1)vn

A為所有(q) 中 於 q=0 正則 (regular) 之有理函數所成之整環。(即此類 f(q):存在多項式 g(q),h(q)[q] 使 f(q)=g(q)/h(q) ,且h(0)0)。 M 之一 晶體基[20]為一有序對 (L,B),其中

  • LM之一自由A-子模,其使 M=(q)AL;
  • B 上向量空間L/qL 之一 -基,
  • L=λLλ,且B=λBλ,其中Lλ=LMλ ,而Bλ=B(Lλ/qLλ),
  • ie~iLLf~iLL
  • ie~iBB{0}f~iBB{0}
  • bBbB,每i,有 e~ib=b 若且僅若f~ib=b


概念上, eififiei於可積模上 、q=0時之作用 常有。 吾人引進其上之線性映射e~if~i 以使 e~if~if~ie~i於該模上、 q=0時之作用為正則。 M有一由權向量 B~ 組成之(q)-基,使 e~if~i 於其上、q=0 時之作用為正則。 吾人限制此表示於此基所生成之 A-模上, 再於q=0時計算其基向量、, the A-子模、 e~if~i 之作用。 再者,吾人可擇此基,使 q=0時,每e~i 與 每 f~i 互為轉置(are represented by mutual transposes), 而基向量則映射至基向量或 0。

每晶體基之訊息,可記以一每邊有記號之有向圖。 圖中每一頂點代表 L/qL-基 B 之一元,每一自 頂點v1 指 頂點v2 之有向邊 i代表等式 b2=f~ib1 (或 b1=e~ib2),其中b1v1相應之基向量 ,為b2相應之基向量 v2。此圖定義e~if~iq=0時之作用。 設一可積表示有一晶體基;彼不可約若且僅若其圖連通

若一可積表示具晶體基,則其權譜 等於 晶體基之權譜[21],亦等於相應之 Kac-Moody 代數之權譜。 晶體基中權之重數 亦同 其於相應之 Kac-Moody 代數表示中之重數。 柏原正樹嘗證

 定理:每一可積最高權表示有一晶體基。  


晶格基之張量積

M為一可積表示,(L,B)為其晶體基。 設M 為一可積表示, (L,B)為其晶體基。賦與每晶體基一餘積[22] Δ

  • Δ(kλ):=kλkλ,
  • Δ(ei)=eiki1+1ei,
  • Δ(fi)=fi1+kifi

可積模M(q)M 有一晶體基(LAL,BB),其中 BB={bb:bB, bB}。設 bB為基向量;設ϵi(b):=max{n0:e~inb0};設 ϕi(b):=max{n0:f~inb0}e~if~ibb 上之作用為

  • e~i(bb)={e~ibb,if ϕi(b)ϵi(b),be~ib,if ϕi(b)<ϵi(b),
  • f~i(bb)={f~ibb,if ϕi(b)>ϵi(b),bf~ib,if ϕi(b)ϵi(b).

兩可積最高權表示之積可分解成不可約子表示;此分解為其圖之連通部所定。

緊致矩陣量子羣

S.L. Woronowicz引進緊致矩陣量子羣。 緊致矩陣量子羣為一種抽象結構;於其上之「連續函數」為某C* 代數中之元素。 緊致矩陣量子羣上之幾何為非交換幾何之特例。

緊致Hausdorff 空間上之複值連續函數為一交換C*-代數。由蓋爾芳特定理,每一交換C*-代數,存在唯一(除同肧關係)緊致Hausdorff 空間,其上之複值連續函數 同構於 原本之C*-代數。

每一緊拓樸羣G,存在一 C*-algebra 態射 Δ:C(G)C(G)C(G) (其中C(G)C(G) 為 C*-algebra 張量積 -C(G)C(G) 之代數張量積之完備化),使得每fC(G)、每 x,yG, 有 Δ(f)(x,y)=f(xy) (其中 (fg)(x,y)=f(x)g(y) ,而 f,gC(G)x,yG)。 亦有一線性、積性態映射 κ:C(G)C(G),使 每 fC(G)xGκ(f)(x)=f(x1)。嚴格講,若 G 非有限羣,C(G) 不成一霍普夫代數。然而,吾人可用G之一有限表示以生成 C(G)之一 *-子代數,是為一 Hopf *-代數。專言之,若g(uij(g))i,jG之一 n-維表示,則每 i,juijC(G),且Δ(uij)=kuikukj。然則由 uijκ(uij)生成之 *-代數乃一 Hopf *-代數:其餘單位元為各 ϵ(uij)=δij 所定(其中δijKronecker delta,取值0 或1), 其對映為 κ,其單位元為1=ku1kκ(uk1)=kκ(u1k)uk1

推而廣之,一緊矩陣量子羣定義自序對 (C,u),其中 C 為一 C*-代數,而u=(uij)i,j=1,,nC 上之矩陣,使

  • C內生成自u之矩陣元之 *-子代數 C0,於C 內稠密。
  • 存在 C*-代數態射Δ:CCC (其中CC 為 C*-代數張量積 - CC之代數張量積之完備化)使每 i,j 有 Δ(uij)=kuikukj。人稱Δ為餘積;
  • 存在線性反積性映射κ:C0C0 (「餘逆元」)使每 vC0κ(κ(v*)*)=v,且 kκ(uik)ukj=kuikκ(ukj)=δijI,其中IC之單位元。因 κ 之反積性,每v,wC0κ(vw)=κ(w)κ(v)

由連續性,C 上之餘積有餘結合性。

一般C雙代數C0 為一Hopf *-代數。

概念上,可視C為 緊致矩陣量子羣上連續函數所成之 *-代數,u 為緊致矩陣量子羣之一有限維表示。

一緊致矩陣量子羣之有限維表示 為一Hopf *-代數之 餘表示 [23]。 吾人稱表示 v 為么正, 若其矩陣為么正(或,等價地,若每 i, jκ(vij)=vji* )。

例:SUμ(2),其中參量 μ 為一正整數。故 SUμ(2)=(C(SUμ(2),u), 其中 C(SUμ(2))α and γ生成之 C*-代數 ,其定義關係為

γγ*=γ*γ, αγ=μγα, αγ*=μγ*α, αα*+μγ*γ=α*α+μ1γ*γ=I,

u=(αγγ*α*), 故其餘積定義自 Δ(α)=ααγγ*, Δ(γ)=αγ+γα*, 其餘逆元定義自κ(α)=α*, κ(γ)=μ1γ, κ(γ*)=μγ*, κ(α*)=α。注意:u 為一表示,但非么正。 u等價於么正表示 v=(αμγ1μγ*α*).

換言之,SUμ(2)=(C(SUμ(2),w), 其中 C(SUμ(2))αβ生成之 C*-代數 ,其定義關係為

ββ*=β*β, αβ=μβα, αβ*=μβ*α, αα*+μ2β*β=α*α+β*β=I,

w=(αμββ*α*), 故其餘積定義自 Δ(α)=ααμββ*, Δ(β)=αβ+βα*,且其餘逆元定義自κ(α)=α*, κ(β)=μ1β, κ(β*)=μβ*, κ(α*)=α。注意:w 乃一么正表示。此等表示可以γ=μβ 互相轉換。

μ=1,則SUμ(2) SU(2)

另見

  • Elementary introduction to quantum groups
  • Christian Kassel. Quantum Groups (Springer: 1994). ISBN 0-387-94370-6.
  • Shahn Majid, N. J. Hitchin (series editor). A Quantum Groups Primer (Cambridge University Press: 2002). ISBN 0-521-01041-1.

  1. 例如半單李代數
  2. (en:unital associative algebra)
  3. (en:weight lattice)
  4. [n]qi!=m=1n[m]qin為任何正整數
  5. [m]qi=qimqimqiqi1
  6. (q-Serre relations)
  7. (en:universal enveloping algebra)
  8. coassociative coproducts
  9. reverse coproduct
  10. en:counit
  11. antipode
  12. en:adjoint representation
  13. en:weight representation
  14. en:weight module
  15. en: weight vector
  16. en:integrable representation
  17. en:dominant integral weight
  18. en:quasitriangular Hopf algebra
  19. en:quasi-invariant
  20. en:crystal base
  21. en:weight spectrum
  22. en:coproduct
  23. corepresentation -- 一餘單位餘結合餘代數之餘表示 A為一方矩陣 v=(vij)i,j=1,,n,其項來自 A (故vMn(A))使 每 i,jΔ(vij)=k=1nvikvkj,且 每i,jϵ(vij)=δij