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Acción de grupo de Lie transitiva en la variedad de Hantzsche-Wendt

¿Existe una acción transitoria suave de un grupo de Lie (de dimensión finita) $ G $ en la variedad de Hantzsche-Wendt?

En otras palabras, ¿existe un grupo de Lie $ G $ y un subgrupo cerrado $ H $ tal que $ G/H $ sea difeomorfo a la variedad de Hantzsche-Wendt?

Si existe tal acción transitoria, mi suposición es que el grupo $ G $ es el grupo euclidiano $ E_3 $ o algún subgrupo de $ E_3 $. Observa que $ G $ debe ser no compacto ya que todas las tres variedades con acción transitoria por un grupo compacto ya están dadas aquí

https://math.stackexchange.com/a/4364430/758507

También el grupo debe ser de al menos dimensión 4 ya que todas las variedades que son el cociente de un grupo de Lie tridimensional por un retículo cocompacto ya están dadas aquí

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0166864181900183

Algo de antecedentes:

La variedad de Hantzsche-Wendt es una variedad plana compacta conectada orientable de 3 dimensiones.

Como todas las variedades planas compactas, está normalmente cubierta por un toro, en este caso $ T^3 $. Y además (como todas las variedades planas) es asférica. Así que está determinada por su grupo fundamental que se presenta en https://arxiv.org/abs/math/0311476 como $$ \pi_1(M) \cong $$ donde $ X,Y,Z=(XY)^{-1} $ son los movimientos de tornillo generadores que se cuadran a las traslaciones $ t_1= X^2, t_2=Y^2,t_3=Z^2 $ dadas en el teorema 3.5.5 de Wolf. Dado que $ M $ es compacta y plana, $ \pi_1 $ es un grupo de Bieberbach, de hecho encaja en la sucesión exacta corta $$ 1 \to \mathbb{Z}^3 \to \pi_1(M) \to C_2 \times C_2 \to 1 $$ así que $ M $ tiene holonomía $ C_2 \times C_2 $. Al abelianizar $ \pi_1 $ podemos ver que la primera homología es $$ H_1(M,\mathbb{Z})\cong C_4 \times C_4 $$ De la sucesión exacta corta anterior vemos que $ \pi_1 $ es virtualmente abeliano y soluble.

2voto

Es un poco tonto publicar una respuesta justo después de publicar la pregunta, pero pensé más en ello y resulta que tal acción es imposible.

La idea de argumentar basándose en el trabajo de Mostow es de

https://math.stackexchange.com/a/4315382/758507

El Teorema C de

https://www.researchgate.net/publication/227067355_A_Structure_Theorem_for_Homogeneous_Spaces

afirma que un espacio homogéneo compacto es un haz de fibras (con base y fibra conectadas) con base un espacio Riemanniano homogéneo compacto y fibra un solvmanifold compacto a menos que sea el cociente de un grupo de Lie por un retículo cocompacto (lo que Mostow llama un HLG= grupo local homogéneo).

Esta referencia clasifica todos los HLG 3D compactos

https://www.semanticscholar.org/paper/3-manifolds-whose-universal-coverings-are-Lie-Raymond-Vasquez/16a79aee94d93062d45cc03630a21b42da5d6046

Entonces $M$ no es un HLG. Por lo tanto, debe ser un haz de un solvmanifold sobre un espacio Riemanniano homogéneo compacto.

Así que pasamos al caso del haz de fibras:

La base de este haz no puede tener dimensión 3 ya que $ M $ no es un espacio Riemanniano homogéneo compacto (ya que no tiene una acción transitiva por un grupo compacto). Por ejemplo, porque $ \pi_1(M) $ no tiene subgrupo conmutador finito

La acción transitiva por un grupo de Lie compacto implica un grupo fundamental casi abeliano

Por lo tanto, debemos tener un haz de fibras no trivial:

Si la fibra tiene dimensión 3 todavía tenemos un haz de fibras no trivial ya que todo solvmanifold compacto (excepto el círculo) es un haz de fibras con una base un toro y una fibra un nilmanifold compacto, ambos de dimensiones estrictamente menores. (dato curioso: un nilmanifold compacto es exactamente un haz de círculos principales iterados)

Dado que estamos en una dimensión tan baja, un haz debe ser o bien $$ S^1 \to M \to \Sigma $$ donde $ \Sigma $ es homogéneo Riemanniano ($ T^2,S^2,\mathbb{R}P^2 $) o el haz debe ser $$ \Sigma \to M \to S^1 $$ donde $ \Sigma $ es un solvmanifold (entonces toro $ T^2 $ o botella de Klein $ K $). Dado que $ S^1 $ y $ M $ son asféricos, $ \Sigma $ no puede ser $ S^2 $ o $ \mathbb{R}P^2 $. Por lo tanto, el haz de fibras debe ser o bien $$ S^1 \to M \to T^2 $$ o $$ K,T^2 \to M \to S^1 $$ Pero ambos son imposibles porque la sucesión exacta larga de homotopía nos dice que $ \pi_1(M) $ es el producto semidirecto de $ \pi_1 $ de la base por la acción normal de $ \pi_1 $ de la fibra. Al abelianizar, tenemos que $ H_1(M) $ es el producto directo de $ H_1 $ de la base con un cociente de $ \pi_1 $ de la fibra. Ver por ejemplo

https://mathoverflow.net/questions/35713/abelianization-of-a-semidirect-product

pero $ H_1 $ de la base siempre tiene rango libre de al menos 1 para todos estos haces, lo que implicaría que $ H_1(M) $ tiene rango libre de al menos 1. Eso descarta el Hantzsche-Wendt Manifold que tiene número de Betti primero $0$.

La idea de descartar los haces usando el hecho de que $ M $ tiene número de Betti primero nulo es debido a

https://mathoverflow.net/a/415400/387190

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