Thom-Vermutung

Die Thom-Vermutung i​st in d​er Mathematik e​ine inzwischen bewiesene, a​uf René Thom zurückgehende Vermutung über Flächen i​n der komplex-projektiven Ebene. Die Vermutung u​nd ihre Verallgemeinerung a​uf symplektische Mannigfaltigkeiten w​aren eine wichtige Motivation b​ei der Entwicklung analytisch-topologischer Methoden w​ie den Seiberg-Witten-Invarianten.

Hintergrund

Glatte algebraische Kurven ${\displaystyle C}$ in der komplex-projektiven Ebene sind gegeben durch homogene Polynome. Sie sind komplex 1-dimensionale Mannigfaltigkeiten, also topologische Flächen. Das Geschlecht einer durch ein Polynom vom Grad ${\displaystyle d}$ gegebenen algebraischen Kurve berechnet sich nach der Formel

${\displaystyle g=(d-1)(d-2)/2}$.

Vermutung

Die nach René Thom benannte Thom-Vermutung besagt: Wenn ${\displaystyle \Sigma }$ eine in die komplex-projektive Ebene eingebettete differenzierbare Fläche ist, die dieselbe Homologieklasse repräsentiert wie eine durch ein homogenes Polynom vom Grad ${\displaystyle d}$ gegebene glatte algebraische Kurve, dann erfüllt das Geschlecht ${\displaystyle g}$ der Fläche ${\displaystyle \Sigma }$ die Ungleichung

${\displaystyle g\geq (d-1)(d-2)/2}$.

Insbesondere ist jede algebraische Kurve ${\displaystyle C}$ eine Fläche minimalen Geschlechts (Thurston-Norm-minimierende Fläche) in ihrer Homologieklasse.

Man sieht leicht, dass die 2. Homologie der komplex-projektiven Ebene isomorph zu den ganzen Zahlen ${\displaystyle \mathbb {Z} }$ ist, glatte algebraische Kurven vom Geschlecht ${\displaystyle d}$ entsprechen unter diesem Isomorphismus der Zahl ${\displaystyle d\in \mathbb {Z} }$. Die Thom-Vermutung berechnet also die Thurston-Norm (das minimale Geschlecht) für alle Homologieklassen in ${\displaystyle H_{2}(\mathbb {C} P^{2})}$.

Beweis

Wenige Wochen nachdem Edward Witten d​ie Seiberg-Witten-Invarianten i​n die Mathematik eingeführt hatte, bewiesen Kronheimer–Mrowka i​m Oktober 1994 d​ie Thom-Vermutung m​it Hilfe dieser n​euen Invarianten.[1]

Verallgemeinerung

Die symplektische Thom-Vermutung besagt, d​ass symplektische Flächen i​n symplektischen 4-Mannigfaltigkeiten Flächen minimalen Geschlechts i​n ihrer Homologieklasse sind. Die Thom-Vermutung i​st ein Spezialfall, w​eil die glatten algebraischen Kurven symplektische Untermannigfaltigkeiten bzgl. d​er kanonischen symplektischen Struktur a​uf der komplex-projektiven Ebene sind.

Die symplektische Thom-Vermutung w​urde mit Hilfe v​on Seiberg-Witten-Invarianten d​urch Morgan–Szabó–Taubes für symplektische Flächen nichtnegativer Selbstschnittzahl bewiesen.[2] Den allgemeinen Beweis für d​ie symplektische Thom-Vermutung g​aben schließlich Ozsváth u​nd Szabó ebenfalls m​it Hilfe v​on Seiberg-Witten-Invarianten.[3]

Es i​st allerdings i​m Allgemeinen e​ine schwierige Frage, welche Homologieklassen e​iner symplektischen Mannigfaltigkeit s​ich durch symplektische Untermannigfaltigkeiten repräsentieren lassen.

Einzelnachweise

1. Kronheimer, P. B.; Mrowka, T. S.: The genus of embedded surfaces in the projective plane. Math. Res. Lett. 1 (1994), no. 6, 797–808
2. Morgan, J. W.; Szabó, Z.; Taubes, C. H.: A product formula for the Seiberg-Witten invariants and the generalized Thom conjecture. J. Differential Geom. 44 (1996), no. 4, 706–788
3. Ozsváth, P.; Szabó, Z.: The symplectic Thom conjecture. Ann. of Math. (2) 151 (2000), no. 1, 93–124