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¿Está bien definido el número de enlace a través de las superficies de Seifert?

Sea $i(K, F_L)$ el conteo firmado de intersecciones de un nudo orientado $K$ con una superficie de Seifert $F_L$. (Es decir, $F_L$ es una superficie compacta orientada con frontera $L$ para algún nudo $L$.) Quiero demostrar que $i(K,F_L)$ es independiente de la elección de la superficie de Seifert, para establecer que el número de enlaces $lk(K,L)$ está bien definido.

Desafortunadamente, mis intentos (que fueron todos muy geométricos) no han funcionado, ya que solo puedo demostrar el resultado para superficies de Seifert obtenidas a través del algoritmo de Seifert. También he consultado un par de libros (Sporpan - Wild world of four manifolds, Rolfsen - Knots and Links), pero ninguno de estos libros se molesta en demostrarlo. (Supongo que se considera suficientemente evidente para cualquier persona que se preocupe por las superficies de Seifert.)

¿Toda superficie de Seifert surge como del algoritmo de Seifert dada alguna proyección? (Si es así, mi demostración está terminada.) Sospecho que esto no es cierto - en cuyo caso, ¿cómo podemos demostrar que el número de intersecciones está bien definido independientemente de la elección de la superficie de Seifert? Esto parece que debería ser vagamente homológico pero no he podido resolverlo.

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Kyle Miller Puntos 1745

No todas las superficies de Seifert surgen del algoritmo de Seifert. El género mínimo de la superficie de Seifert del algoritmo de Seifert, sobre cada diagrama de un nudo, se conoce como el género canónico. La diferencia entre el género y el género canónico puede ser arbitrariamente grande.

El argumento homológico usual es el siguiente. Sea $N$ un vecindario tubular abierto del nudo $L$, con $K$ fuera del cierre de $N$. El exterior del nudo $X=S^3-N$ es una variedad compacta de $3$ dimensiones con borde, y en ella tenemos a $K$ y a $F'_L=F_L\cap X$. Dado que $F'_L$ es una superficie orientada, podemos pensar en ella como una clase de homología relativa $[F'_L]\in H_2(X,\partial X)$. La forma de intersección algebraica bajo consideración es $H_1(X)\times H_2(X,\partial X)\to H_0(X)$, donde $H_0(X)\cong\mathbb{Z}$. Dualmente a Poincaré, esto es $H^2(X,\partial X)\times H^1(X)\to H^3(X,\partial X)$ por productos de copas. Si $K$ es un bucle meridiano para $L$, entonces es cierto que $i(K,F_L)=\pm 1$, por lo que $[F'_L]$ no debe ser un elemento divisible (el producto de las copas es un emparejamiento perfecto en las partes libres). En particular, la dualidad de Poincaré tiene $H_2(X,\partial X)\cong H^1(X)$, y por la dualidad de Alexander $H^1(X)\cong\mathbb{Z}$, por lo que $[F'_L]$ es un generador de $H_2(X,\partial X)$. Qué generador es depende solo de la orientación de la superficie. La conclusión es que cualquier otra superficie de Seifert da el mismo generador, por lo tanto, los mismos números de intersección algebraica.

Un argumento más geométrico proviene de entender cómo las superficies de Seifert están relacionadas por "cirugías embebidas". Supongamos que $F'_L$ es una superficie compresible, lo que significa que hay un disco embebido $D\subset X$ tal que $D\cap F'_L=\partial D$, $D$ se encuentra con $F'_L$ transversalmente, y $\partial D$ no limita un disco en $F'_L$. Entonces podemos comprimir $F'_L$ a lo largo de $D$ al, aproximadamente, tomar dos copias paralelas de $D$, cortar el anillo en $F'_L$ que está entre ellas, y luego pegar las dos copias de $D$ para formar la nueva superficie. Como se explica en el libro de Lickorish Una Introducción a la Teoría de Nudos, la relación de equivalencia en las superficies de Seifert generada por compresiones (cuya operación inversa se llama una "cirugía de arco embebida") e isotopías tiene una única clase de equivalencia, los efectos correspondientes en las matrices de Seifert se conocen como s-equivalencia. Así que: todo lo que necesitas hacer para mostrar que el número de intersección no depende de la superficie de Seifert es demostrar que no cambia después de una isotopía de la superficie y después de una compresión de la superficie.

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