黎曼曲面和黎曼幾何什麼關係?

時間 2021-05-31 00:44:04

1樓:Yuhang Liu

既然是問「關係」的話,那我再補充一點:

緊黎曼曲面拓撲上即是可定向的閉曲面,眾所周知可定向閉曲面是按虧格分類的,即球面,環麵,2個洞的環麵,etc.

其中(2維)球面上有獨特的復結構,即CP^1.然後這個復結構對應到乙個曲率恆正(標準化之後可使曲率恒為1)的黎曼度量,其實就是球面放在三維空間裡面的標準度量。這種情形叫做橢圓型的黎曼曲面,只有球面一種。

環麵的話,它上面可以取平坦的黎曼度量(即曲率恒為0),這種情形叫做拋物型黎曼曲面。注意到,環面上可以取不同的復結構,但對應的黎曼度量都是平坦的。

虧格為2以上的曲面,它上面可以取曲率恒為-1的黎曼度量,這種情形叫做雙曲型黎曼曲面。

那麼這些曲面上為什麼可以取到相應的黎曼度量?這些度量跟黎曼曲面的復結構又有什麼關係?先出個思考題,我再解釋:

球面上能不能取到曲率恆負的度量?環面上能不能取到曲率恆正或者恆負的度量?虧格為2的曲面能不能取到曲率恆正的度量?有哪個大定理直接給出了這些問題的答案?

OK,接下來開始解釋度量和復結構之間的關係。

球面已經說過了,它上面典則的復結構就是CP^1, 典則的度量就是球面的標準度量。

環麵的話,它可以看成復平面模掉乙個格點(lattice)後得到的商曲面。你取的lattice不同,得到的環面上的復結構也不同。但是復平面上我們取的是歐氏度量(就是什麼東西都沒有的最平凡的那種度量),你得到的商曲面上的度量是繼承了復平面上的度量,因此是平坦的。

虧格為2以上的曲面,它可以看成復平面中的單位圓盤(取Poincare度量)的商曲面。但是這個商曲面具體怎麼構造,不是環麵那麼簡單。首先虧格為2以上的曲面有多邊形表示,然後你要把這個多邊形鋪滿整個單位圓盤(多邊形的邊界取成Poincare度量下的測地線)。

鋪滿以後,你就自然地得到做商的方式了。然後,因為單位圓盤在Poincare度量下是標準的雙曲空間(即曲率恒為-1),所以商曲面也自然地繼承了這個雙曲度量。

環麵和虧格為2的曲面,它們的萬有覆蓋都是歐氏平面(復平面和單位圓盤是同胚的)。但是因為取的度量不同(乙個是平坦度量,乙個是雙曲度量),所以得到的商曲面也不一樣。

至於復平面上的平坦度量、單位圓盤上的Poincare度量和「復結構」有什麼關係,這個學了復變函式應該就明白了~

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