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¿Qué es un espacio de módulos para un geómetra diferencial?

Un espacio de móduli es un conjunto que parametriza objetos con una propiedad fija y que está dotado de una estructura particular. Esta debería ser una definición intuitiva y general de lo que es un espacio de móduli.

Ahora, en el contexto de la geometría algebraica, nos referimos a un espacio de móduli como un esquema que (co)representa un functor particular, es decir, \begin{equation} \mathcal{M}:\,\{\mathfrak{schemes}\}^{\circ}\longrightarrow\{\mathfrak{sets}\} \end{equation> que se llama el $functor \,de \,móduli$. La cuestión de si es (co)representable se llama el $problema \;de \,móduli$.

Mi pregunta es, ¿cómo imagina un geómetra diferencial un espacio de móduli? Es decir, pensé que lo piensa de la misma manera que arriba (reemplazando la categoría de esquemas por una categoría más adecuada), pero resulta que no es así.

¡gracias!

EDIT: He visto que algunas personas siguen viendo esta publicación, así que tal vez valga la pena agregar algo. En primer lugar, la geometría de una variedad $C^{\infty}$ es mucho menos rígida que la de una variedad algebraica. Esto se refleja, por ejemplo, en el hecho de que en general podemos encontrar muchos automorfismos de los objetos en los que estamos interesados. En particular, en la mayoría de los casos (y probablemente en 'todos' los casos) no tenemos esperanza de obtener un espacio de móduli fino: esto justifica el hecho de que, en geometría diferencial, uno generalmente habla de un espacio de móduli sin especificar si es fino o no.

En segundo lugar, con respecto a mi descripción del problema de móduli. Recientemente he examinado la teoría de los $C^{\infty}$-esquemas (ver http://arxiv.org/pdf/1104.4951v2.pdf). Esta es una generalización del concepto de una variedad $C^{\infty}$ de la misma manera en que un esquema es una generalización de una variedad algebraica. Un aspecto interesante de esta teoría es, por ejemplo, que una variedad $C^{\infty}$ es siempre un $C^{\infty}$-esquema afín. Reemplazando la categoría de $C^{\infty}$-esquemas en el functor de móduli definido anteriormente, podemos pensar en un espacio de móduli de $C^{\infty}$-objetos de la manera clásica algebraica. Además, esto conduce de manera natural a una teoría de geometría diferencial derivada.

Finalmente, me siento bastante seguro con esto. Sin embargo, esta teoría está modelada en el análogo algebraico y es muy reciente. Aunque mis intereses son principalmente en geometría algebraica, había hecho esta pregunta porque me preguntaba cómo los matemáticos de diferentes áreas de las matemáticas abordan el problema de estudiar los espacios de móduli (el objetivo básico era comprender mejor la sensación matemática detrás de estos objetos). Y dado que los espacios de móduli en geometría diferencial fueron estudiados antes (o al menos sin) la teoría de $C^{\infty}$-esquemas, mi pregunta principal aún no está contestada.

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La serie de conferencias Eilenberg de la Universidad de Columbia en 2013 fue impartida por Joe Harris, quien la inició comentando que no fue hasta Grothendieck que los geométricos algebraicos utilizaron una definición formal de espacios de móduli.

Estoy lejos de ser un experto. Pero al leer, por ejemplo, a Hitchin o a Donaldson, no tengo la impresión de que estén utilizando una definición formal de espacio de móduli en general. Más bien, uno llama a construcciones particulares los "espacios de móduli de X", por ejemplo, los "espacios de móduli de instantones de Yang Mills."

Por ejemplo, las conexiones en un fibrado principal $G$-bundle $\pi : E \to X$ forman un espacio afín $\mathcal{A}$ y lo cocientamos por el grupo gauge de dimensión infinita $\mathcal{G}$, nos preocupamos por la estabilidad, y luego llamamos a $\mathcal{A}/\mathcal{G}$ "el espacio de móduli de conexiones moduli gauge" y demostramos hechos al respecto. Observa que estamos empezando con un espacio de móduli en lugar de un problema de móduli (para los funtores de móduli en geometría algebraica, comenzamos con el problema y decimos qué cuenta como solución).

Ahora unas palabras sobre los esquemas $C^\infty$. Supongo que podrías definir problemas de móduli $F : C^\infty\text{-Sch} \to \text{Set}$ para soluciones de una EDP, para líneas de flujo de Morse, etc. y esto podría comprarte algo. Pero, ese no es exactamente el punto de los esquemas $C^\infty$; su papel en la teoría de móduli es más sutil.

Por un tiempo, personas como Kontsevich y Drinfeld profetizaron "suavidad oculta" o "suavidad intrínseca" en los espacios de móduli. Es decir, incluso cuando el espacio de móduli sea malo (terriblemente singular, componentes de alta dimensión), hay una clase fundamental virtual (en homología, en el anillo Chow, etc.) de la dimensión virtual (la dimensión virtual es la dimensión que tendría el espacio de móduli si todos los datos fueran suficientemente genéricos). Luego se pueden definir invariantes de conteo cuántico doblemente secretos espeluznantes (Gromov-Witten, Donaldson-Thomas, Pandharipande-Thomas, etc.) integrando contra la clase fundamental virtual como en $$\text{DT}^\alpha(\tau) = \int_{[\mathcal{M}^\text{ss}_\alpha(\tau)]^\text{vir}} 1.$$

En geometría algebraica, las clases fundamentales virtuales se construyen utilizando teorías de obstrucción perfectas (ver el documento ampliamente citado "The Instrinsic Normal Cone" de Behrend-Fantechi).

En geometría diferencial, se deben utilizar "estructuras Kuranishi", pero no todos están de acuerdo en cuál debería ser la definición 'correcta'. La definición original de las estructuras Kuranishi fue propuesta por Fukaya-Oh-Onta-Ono en su trabajo sobre el espacio de móduli de curvas J-holomórficas. Desde entonces, Joyce, McDuff-Wehrheim y Dingyu Yang han propuesto definiciones alternativas. Según entiendo, Joyce está utilizando los esquemas $C^\infty$ y la geometría diferencial derivada para definir las estructuras Kuranishi (ver https://arxiv.org/abs/1409.6908).

Todas las partes relevantes exponen sus argumentos con miles de páginas de material técnico y decir algo inteligente sobre las estructuras Kuranishi está muy por encima de mi salario. Como modesto estudiante de posgrado, espero que alguien que sea un verdadero experto venga y te dé una mejor respuesta que la mía (ni siquiera estoy seguro si respondí a tu pregunta).

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