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¿Por qué los grupos simples esporádicos son ENORMES?

Soy simplemente un estudiante de posgrado, a la derecha ahora, pero no creo que una exploración de la esporádicos grupos es la tarifa estándar para los graduados de álgebra, así que me gustaría preguntar a los expertos en MO. Hice un poco de lectura sobre ellos y me gustaría algo de intuición acerca de algunas cosas.

Por ejemplo, el orden de las monster grupo es de más de $8\times 10^{53}$, sin embargo, es sencillo, por lo que no tiene normal subgrupos...¿cómo? Qué es tan especial acerca de la factorización en primos de su pedido? ¿Por qué es $2^{46}$ e no $2^{47}$? ¿Por qué no es posible llegar a obtener esa energía adicional de 2, sin la creación de un subgrupo normal? Algunas de las propiedades que parecen realmente arbitraria, y, sin embargo debe ser muy fundamental para el álgebra de los grupos.

Creo que no soy la única persona curiosa acerca de esto, pero dudé de la publicación debido a mi relativa inexperiencia.

77voto

ricree Puntos 5055

La cuestión parece estar hecha de varias preguntas más pequeños, así que me temo que mi respuesta no parece del todo coherente.

Estoy de acuerdo con los otros carteles que dicen que la esporádica simple grupos no son realmente tan grande. Por ejemplo, nosotros los humanos podemos escribir la plena decimal ampliaciones de sus pedidos, en donde a priori uno podría pensar que tendríamos que recurrir a crudo límites superior utilizando altamente funciones recursivas. (En contraste, se podría decir que casi de los grupos en el infinito de las familias son demasiado grandes para sus pedidos para tener una computable descripción que encaja en el universo.) Además, a partir de 2002, se puede cargar la matriz de representantes de elementos en un ordenador, incluso para el monstruo. Noah señaló que el monstruo tiene un orden menor que $A_{50}$, pero creo que más apt comparación es que el monstruo tiene un orden más pequeña que incluso el miembro más pequeño de la infinita $E_8$ familia. Por supuesto, uno podría preguntar por qué $E_8$ tiene dimensión tan grande como 248...

No fue una más explícita la pregunta: ¿cómo es posible que un grupo con tantos como $8 \times 10^{ 53 }$ elementos no tiene subgrupos normales? Creo que la respuesta es que el orden de magnitud de un grupo dice muy poco acerca de su complejidad. Hay números primos muy cercanos a la orden del monstruo, y no son simples grupos cíclicos de los pedidos, así que usted podría preguntarse por qué ese hecho no parece conceptualmente inquietante. Quizás un poco más difícil es el hecho de que no hay elementos de orden mayor que el 119, pero de nuevo, no hay trabajo en el limitado y restringido de Burnside problemas que demuestra que puede tener grupos de muy pequeño exponente que son extremadamente complicados.

Un segundo punto sobre el gran límite inferior en fin, es que hay pequeños grupos que podrían ser llamados esporádicos, en el sentido de que encajan en razonablemente natural (finito) de combinatoria familias, junto con la sporadics, pero no son designados como esporádica debido a que los pequeños de orden isomorphisms en el camino. Por ejemplo, la Mathieu grupo $M_{10}$ es el grupo de simetría de un cierto Steiner sistema, como el simple Mathieu grupos, y es un índice 11 subgrupo de $M_{11}$. Si bien no es simple, contiene $A_6$ como índice 2 subgrupo, y nadie llama a $A_6$ esporádicos. Del mismo modo, se describe el 20 de "familia feliz" esporádicos subquotients del monstruo, pero nos olvidamos de la subquotients como $A_5$, $L_2(11)$, y así sucesivamente. Puesto que el orden de un nonabelian simple grupo está delimitado por debajo de 60, no hay mucho margen de maniobra antes de llegar a 7920, una.k.a. "enorme" de la gama.

A la pregunta sobre el por qué el 2-subgrupo de Sylow tiene un cierto tamaño es bastante sutil, y creo que es una buena explicación requeriría profundizar en la estructura de la clasificación teorema. Una respuesta corta es que centralizadores de la orden de 2 elementos jugado un papel fundamental en la clasificación después de la Extraña Orden Teorema, y hubo una separación en los casos, por las características estructurales de centralizadores. Uno de los casos se trataba de un centralizador, que llegó a tener la forma $2^{1 + 24} . Co1$, que tiene un 2-subgrupo de Sylow de orden $2^{46}$ (y, naturalmente, actúa en una doble cubierta de la Sanguijuela de celosía). Este es el caso que corresponde al monstruo.

Con respecto a la factorización en primos de la orden del monstruo, los números primos que aparecen son exactamente los supersingular de los números primos, y este cae en el reino general de "monstruoso luz de la luna". Me escribió una descripción más detallada del fenómeno en respuesta a Ilya pregunta, pero la pregunta general de una explicación conceptual está todavía abierto.

Voy a mencionar algunos de folclore de la organización de la sporadics. Parece ser que hay una jerarquía dada por

  • nivel 0: subquotients de $M_{24}$ = simetrías del código de Golay
  • nivel 1: subquotients de $Co1$ = simetrías de la Sanguijuela de celosía, mod $\{ \pm 1 \}$
  • nivel 2: subquotients del monstruo = conformal simetrías del monstruo vértice álgebra

donde los grupos en cada nivel de forma natural de actuar sobre (objetos similares a) la excepcional objeto de la derecha. No sé qué explicativa del significado de la secuencia [códigos, celosías, vértice álgebras] tiene, pero hay un cierto nivel de recaudación de las construcciones que la carne fuera de la analogía un poco. Una interesante consecuencia de la existencia de nivel 2 es que para algunos grupos finitos, la mayoría de los naturales (léase: más fáciles de construir representaciones son infinitas dimensiones, y uno puede argumentar razonablemente el uso de celosía vértice álgebras de que esto tiene para algunos excepcional de las familias. John Duncan tiene algún trabajo reciente construcción estructurada vértice superalgebras cuya automorphism grupos son esporádicos simple grupos de fuera de la familia feliz.

Creo que una pregunta interesante que no ha sido sugerido por otras respuestas (y puede ser demasiado abiertas para el MO) es por eso que el monstruo no tiene pequeñas representaciones. No hay fieles de permutación de las representaciones de grado menor que $9 \times 10^{ 19 }$ y no son fieles representaciones lineales de dimensión menor que 196882. Compare esto con los casos de los mucho más grandes grupos de $A_{50}$ e $E_8(\mathbb{F}_2)$, donde tenemos representaciones lineales de dimensión 49 y 248. Este es un sentido diferente de hugeness que en la pregunta original, pero que impacta fuertemente la viabilidad computacional de atacar a muchas preguntas.

44voto

maclema Puntos 5959

La esporádica finitos simples grupos no son tan grandes! El Monstruo grupo es menor que la alternancia grupo de 50 cartas.

Creo que un mejor lugar para empezar (más que preguntarse acerca de la intuición para muy particular de objetos) sería mirar Griess del Doce Grupos Esporádicos. Mi recuerdo es que ese libro es bastante accesible, y te permiten obtener una visión de lo que está pasando aquí (principalmente a través de los más pequeños ejemplos de esporádica de grupos en lugar de la más grande).

Otro buen lugar para comenzar sería comprender la excepcional Mentira grupos. Son similares en espíritu, pero mucho más fácil de entender.

22voto

skfd Puntos 463

Yo no soy un experto, pero... en Primer lugar, no todos los esporádicos grupos son los que enorme, el más pequeño de Mathieu grupo, por ejemplo, ha pedido unos 8000 (esta es la parte superior de mi cabeza), y creo que el serbio Janko grupos han pedido en la orden de $10^6$ o $10^7$.

Segundo, muchos de los esporádicos grupos están conectados con el automorphism grupo de la Sanguijuela de celosía -- y que uno esperaría de un "muy simétrico" 24-dimensional de la red tiene una gran automorphism grupo! De alguna manera creo que sólo hay una explosión combinatoria porque 24 es pequeño pero 24!, por ejemplo, es bastante grande. También hay que tener en cuenta que, para algunas personas (Ramsey teóricos, analíticos número de teóricos), $10^{53}$ es muy pequeña. Es todo relativo.

Finalmente, como Sonia señaló, usted puede preguntar "¿por qué hay esporádicos simple grupos en todo?" La más satisfactoria la respuesta, a mi parecer, que la manera en que pensamos acerca de la clasificación de los finitos simples grupos está mal, en cuyo caso los tamaños de los grupos esporádicos podría ser un accidente de la historia.

P. S. Esto probablemente sería mejor en un comentario, pero no te preocupes acerca de ser "sólo" un estudiante de posgrado -- estoy de pregrado mí, y estoy lejos de ser el único. Incluso hemos tenido algunas contribuciones de los estudiantes de secundaria en MO. Si sus preguntas y/o respuestas son buenas, no importa si eres una cucaracha.

21voto

Simon Lentner Puntos 913

De hecho, la pregunta es demasiado vaga para una respuesta precisa, pero sin embargo somehat naturales ;-)

Quiero dar algunos detalles más y clearifications a la "jerarquía", que ha sido abordado por Carnahan arriba. El "genérico" simple grupos son la Mentira tipo de grupos de tamaño arbitrario y la alternancia de los grupos. Además, el principal de la inducción paso de la clasificación teorema fue, que el centralizador de una involución de un grupo simple (una orden-2-elemento/involución es el "único" que tenemos "a-priori" en un arbitrario simple grupo por Feit-Thomson) está cerca de (!) a simple. Así que existe la posibilidad de esporádicos grupo ramifican a partir de una Mentira o de Tipo de alternancia de grupo y de manera inductiva seguir algunos pasos hasta que se termina.

Este proceso inductivo de la construcción de una mucho más simple grupo de involución centralizador ser prescrito (ya grande) grupo simple en muy raras (!) situaciones que podrían considerarse de algún tipo de respuesta a su pregunta. Es por cierto una de las razones por la increíble longitud de la clasificación de resultados (un tremendo caso-por-caso argumento)...y para mi personal punto de vista sobre el meta-debate anterior, que sporadics son más esporádicos (no más antinatural!) de los demás, tanto a nosotros como a las especies 8472 ;-) ;-)

La mayoría de los ejemplos vaya a sólo un paso (y todavía son muy grandes!), por ejemplo, casi todos los llamados parias:

  • $J_1,J_3\leftarrow A_5$
  • $Ly \leftarrow A_{11}$
  • $ON \leftarrow SL_3(4)$
  • $Ru \leftarrow\;^2SO_5(8)$ "torcido" Mentira-tipo (semejante a la de la unitaries sobre campos finitos)
  • $J_4\leftarrow M_{22}\leftarrow\ldots$ sucursales fuera ya una inducción paso más allá de la Mentira (ver más abajo)

Tenga en cuenta que la mayoría de estos casos ya aparecen como involución centralizadores de la Mentira-tipo de grupos, que es algo milagroso y era a menudo la razón para el estudio de esta clase en particular y encontrar sólo distintos "irradic" diferentes opciones. E. g. $^2G(3^{2n+1})\leftarrow SL_2(3^n)$ y el único otro posible caso de $SL_2(4)\cong SL_2(5)\cong A_5$ de plomo Janko 1965, el primero de los nuevos esporádicos $J_1$ en casi un siglo.

En el otro lado hay una MUY notable de la cadena de inducción pasos para el Monstruo y con modificaciones a los otros esporádicos grupos de "implicados" en ella. Va más o menos como es

$M\leftarrow Co_1 \leftarrow M_{24}\leftarrow SL_3(4)$

y en gran medida se basa en el ya mencionado Golay-Código de resp. Steiner Sistema de $S(24,8,5)$ - hermoso, muy esporádica y puramente combinatoric objetos! A lo largo de la inducción pasos, el combinatorical objetos con estos grupos como automorphism grupos puede ser ampliado, así, a muy grandes rasgos como

Griess-Álgebra $\leftarrow$ Sanguijuela-Celosía $\leftarrow$ Steiner-Sistema De $\leftarrow$ Proyectiva-Plano

Un sorprendente numérico razón para esta construcción, y la muy exótico comportamiento a trabajar exactamente para $24$ dimensiones (responsable también de la $2^{24}$-factor mencionado anteriormente) es:

$1^2+2^2+\ldots+23^2+24^2=70^2$

Este es seguramente imposible para números más grandes (por duro de la teoría de números) y es la sorprendente coincidencia numérica utilizada en el lado-a-lado de la construcción de la Golay, el código de Steiner Sistema y el $24$-dimensiones de la Sanguijuela de celosía, que es la más densa esfera de embalaje de todas las dimensiones y la razón, por ejemplo, los besos número es conocida esta dimensión!

La esperanza que le da cierta intuición y la "personalidad" para los distintos sporadics ;-) ;-)

18voto

Sergio Acosta Puntos 6450

Los primos de la división de la orden del Monstruo grupo son precisamente los números primos $p$, de modo que la superficie de la $\mathbb H^2/\Gamma_0(p)^*$ tiene género $0$, como fue observado por el Ogg. Ver Monstruoso luz de la Luna, que estaba sobre las profundas conexiones entre la teoría de números y el Monstruo de grupo. Espero que un experto elabora.

Según Peter McMullen, regular polytopes son "ermitas en las que uno debe adorar en el camino hacia lo superior." Además a lo largo de la carretera son E8, la Sanguijuela de celosía, y entonces el Monstruo grupo.

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