БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТО)

Оказывается, что во многих случаях (в частности, для клеточных пространств) разрешимость задачи распространения зависит только от гомотопического класса непрерывного отображения f : A ® Y ; точнее, если для f распространение g : Х ® Y существует, то для любой гомотопии f t : A ® Y (с f 0= f) существует распространение g t : Х ® Y такое, что g 0 = g . Поэтому вместо f можно рассматривать его гомотопический класс [f] и в соответствии с этим изучать лишь гомотопически инвариантные функторы (кофункторы) h , то есть такие, что h(f 0) = h(f 1), если отображения f 0 и f 1 гомотопны. Это приводит к настолько тесному переплетению алгебраической и гомотопической Т., что их можно рассматривать как единую дисциплину.

Для любого топологического пространства Y формулы h(X) = [ X , Y ] и h(f) = [j f], где f : X 1® X 2и j : X 2® Y, определяют некоторый гомотопически инвариантный кофунктор h , о котором говорят, что он представлен топологическим пространством Y . Это — стандартный (и по существу единственный) приём построения гомотопических инвариантных кофункторов. Чтобы множество h ( X ) оказалось, скажем, группой, нужно У выбрать соответствующим образом, например потребовать, чтобы оно было топологической группой (вообще говоря, это не совсем так: необходимо выбрать в Х некоторую точку x 0и рассматривать лишь непрерывные отображения и гомотопии, переводящие x 0в единицу группы; это техническое усложнение будет, однако, в дальнейшем игнорироваться). Более того, достаточно, чтобы Y было топологической группой «в гомотопическом смысле», то есть чтобы аксиомы ассоциативности и существования обратного элемента (утверждающие фактически совпадение некоторых отображений) выполнялись бы только «с точностью до гомотопии». Такие топологические пространства называются Н -пространствами. Таким образом, каждое Н -пространство Y задаёт гомотопически инвариантный кофунктор h(X) = [ X , Y ], значениями которого являются группы.

Аналогичным («двойственным») образом, каждое топологическое пространство Y задаёт по формулам h(X) = [ Y , X ], h(f) = [ f j], где f : X 1 ® X 2и j : Y ® X 1, некоторый функтор h . Чтобы h(X) было группой, нужно, чтобы Y обладало определённой алгебраической структурой, в некотором точно определённом смысле двойственной структуре Н -пространства. Топологические пространства, наделённые этой структурой, называются ко- Н -пространствами. Примером ко- Н- пространства является n -мepная сфера S n (при n ³ 1 ). Таким образом, для любого топологического пространства Х формула p n X = [ S n, X ] определяет некоторую группу p n X , n ³ 1 , которая называется n -й гомотопической группой пространства X . При n = 1 она совпадает с фундаментальной группой. При n > 1 группа p n X коммутативна. Если p 1 X = {1}, то Х называется односвязным.

Клеточное пространство Х называется пространством K ( G, n ), если p i (X) = 0 при i ¹ n и p n X = G ; такое клеточное пространство существует для любого n ³ 1 и любой группы G (коммутативной при n > 1) и с точностью до гомотопической эквивалентности определено однозначно. При n > 1 (а также при n = 1, если группа G коммутативна) пространство K ( G, n ) оказывается Н -пространством и потому представляет некоторую группу H n (X ; G) = [ X ; K(G, n) ]. Эта группа называется n -мepной группой когомологий топологического пространства Х с группой коэффициентов G . Она является типичным представителем целого ряда важных кофункторов, к числу которых принадлежит, например, К -функтор KO(X) = [ Х , BO ], представляемый так называемым бесконечномерным грассманианом BO , группы ориентированных кобордизмов W n X и т.п.

Если G является кольцом, то прямая сумма Н*(Х; G) групп H n(X; G) является алгеброй над G . Более того, эта прямая сумма обладает очень сложной алгебраической структурой, в которую (при G = Z p , где Z p — циклическая группа порядка р ) входит действие на Н*(Х; G) некоторой некоммутативной алгебры p, называемой алгеброй Стинрода. Сложность этой структуры позволяет, с одной стороны, выработать эффективные (но совсем не простые) методы вычисления групп H n(X; G), а с другой — установить связи между группами H n(X; G) и другими гомотопически инвариантными функторами (например, гомотопическими группами p n X ), позволяющие часто в явном виде вычислить и эти функторы.

Исторически группам когомологий предшествовали так называемые группы гомологий H n(X; G) , являющиеся гомотопическими группами p n M(X, G) некоторого клеточного пространства M(X, G) , однозначно строящегося по клеточному пространству Х и группе G . Группы гомологий и когомологий в определённом смысле двойственны друг другу, и их теории по существу равносильны. Однако алгебраическая структура, имеющаяся в группах гомологий, менее привычна (например, эти группы составляют не алгебру, а так называемую коалгебру), и поэтому в вычислениях обычно пользуются группами когомологий. Вместе с тем в некоторых вопросах группы гомологий оказываются более удобными, поэтому они также изучаются. Часть алгебраических Т., занимающаяся изучением (и применением) групп гомологий и когомологий, называется теорией гомологий.

Перенесение результатов алгебраических Т. на пространства более общие, чем клеточные пространства, составляет предмет так называемой общей алгебраической Т. В частности, общая теория гомологий изучает группы гомологий и когомологий произвольных топологических пространств и их применения. Оказывается, что вне класса компактных клеточных пространств различные подходы к построению этих групп приводят, вообще говоря, к различным результатам, так что для неклеточных топологических пространств возникает целый ряд различных групп гомологий и когомологий. Основное применение общая теория гомологий находит в теории размерности и в теории так называемых законов двойственности (описывающих взаимоотношения между топологическими свойствами двух дополнительных подмножеств топологического пространства), и её развитие было во многом стимулировано нуждами этих теорий.