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数学中,旋量群 Spin(n) 是特殊正交群 SO(n) 的二重覆叠,使得存在李群短正合列

1Z2Spin(n)SO(n)1{\displaystyle 1\to \mathbb {Z} _{2}\to \operatorname {Spin} (n)\to \operatorname {SO} (n)\to 1}

n > 2, Spin(n)单连通,从而是 SO(n) 的万有覆叠空间。作为李群 Spin(n) 及其李代数和特殊正交群 SO(n) 有相同的维数n(n − 1)/2。

Spin(n) 可以构造为克利福德代数Cℓ(n)可逆元群的一个子群。Spin(n) 由所有写成个偶数个单位向量的克利福德乘积的元素生成。对应到 SO(n) 中恰是沿着垂直于这偶数个向量的超平面反射的复合。

巧合同构

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维数比较低时,典型李群之间存在同构,称为“巧合同构”。例如,低维旋量群和一定的典型李群同构,这是因为不同的低维单李代数根系之间存在同构。特别的我们有:

Spin(1) =O(1) =Z2
Spin(2) =U(1) =SO(2) = S1
Spin(3) =Sp(1) =SU(2) = HU(1) = S3
Spin(4) =Sp(1) ×Sp(1)
Spin(5) =Sp(2) = HU(2)
Spin(6) =SU(4)

n = 7,8 仍然有退化的同构,细节可参见Spin(8);对更高的维数,这样的同构完全消失。

不定符号差

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对于不定符号差英语Metric signature,旋量群 Spin(p,q) 通过克利福德代数用类似于标准旋量群的方式构造,由能写成偶数个模+1和偶数个模-1单位向量的克利福德乘积的元素生成。它是一个 SO0(p,q)(不定正交群 SO(p,q) 含单位元连通分支)的连通二重覆叠。Spin(p,q) 的连通性不同作者有不同的约定,此文中取p+q>2 时连通。不定符号低维时,也有一些巧合同构:

Spin(1,1) =GL(1,R)
Spin(2,1) =SL(2,R)
Spin(3,1) =SL(2,C)
Spin(2,2) =SL(2,R) ×SL(2,R)
Spin(4,1) =Sp(1,1)
Spin(3,2) =Sp(4,R)
Spin(5,1) =SL(2,H)
Spin(4,2) =SU(2,2)
Spin(3,3) =SL(4,R)

注意有 Spin(p,q) = Spin(q,p)。

拓扑

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连通单连通的李群由它们的李代数决定。所以,如果G 是具有单李代数的连通李群,G′ 是G 的万有覆叠,有包含

π1(G)Z(G),{\displaystyle \pi _{1}(G)\subset Z(G'),}

这里Z(G′) 是G中心。这个包含映射和G 的李代数g{\displaystyle {\mathfrak {g}}} 完全确定了G (注意g{\displaystyle {\mathfrak {g}}}π1(G){\displaystyle \pi _{1}(G)} 不能完全确定G,例如 SL(2,R) 和 PSL(2,R) 有相同的李代数和基本群Z{\displaystyle \mathbb {Z} },但却不同构)。

定符号 Spin(n) 对n > 2 都是单连通的,所以它们是 SO(n) 的万有覆叠。不定符号时,Spin(p,q) 的极大紧子群

(Spin(p)×Spin(q))/{(1,1),(1,1)}{\displaystyle ({\mbox{Spin}}(p)\times {\mbox{Spin}}(q))/\{(1,1),(-1,-1)\}}

这样我们就可计算出 Spin(p,q) 的基本群:

π1(Spin(p,q))={{0}(p,q)=(1,1) or (1,0){0}p>2,q=0,1Z(p,q)=(2,0) or (2,1)Z×Z(p,q)=(2,2)Zp>2,q=2Z2p>2,q>2{\displaystyle \pi _{1}({\mbox{Spin}}(p,q))={\begin{cases}\{0\}&(p,q)=(1,1){\mbox{ or }}(1,0)\\\{0\}&p>2,q=0,1\\\mathbb {Z} &(p,q)=(2,0){\mbox{ or }}(2,1)\\\mathbb {Z} \times \mathbb {Z} &(p,q)=(2,2)\\\mathbb {Z} &p>2,q=2\\\mathbb {Z} _{2}&p>2,q>2\\\end{cases}}}

p,q>2{\displaystyle p,q>2},这意味着映射π1(Spin(p,q))π1(SO(p,q)){\displaystyle \pi _{1}({\mbox{Spin}}(p,q))\to \pi _{1}(SO(p,q))}1Z2{\displaystyle 1\in \mathbb {Z} _{2}} 映到(1,1)Z2×Z2{\displaystyle (1,1)\in \mathbb {Z} _{2}\times \mathbb {Z} _{2}} 给出;对p=2,q>2,映射由1Z(1,1)Z×Z2{\displaystyle 1\in \mathbb {Z} \to (1,1)\in \mathbb {Z} \times \mathbb {Z} _{2}} ;最后,对p =q = 2,(1,0)Z×Z{\displaystyle (1,0)\in \mathbb {Z} \times \mathbb {Z} } 映到(1,1)Z×Z{\displaystyle (1,1)\in \mathbb {Z} \times \mathbb {Z} }(0,1){\displaystyle (0,1)} 映到(1,1){\displaystyle (1,-1)}

相關條目

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參考文獻

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  • F.Reece Harvey, Spinors and Calibrations, Academic Press, Inc., 1990.
  • Pertti Lounesto, Clifford Algebras and Spinors, LMSLNS 239, Cambridge University Press,1997.
  • PlanetMath,Spin Groups页面存档备份,存于互联网档案馆).
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=旋量群&oldid=79540816
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