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orbifold是manifold的推广。可以在拓扑范畴和黎曼几何范畴内讨论orbifold的概念。
topological orbifold是说每点都存在一个邻域同胚于 ,其中 是一个有限子群,且允许它随着取点的变化而变化。例子的话自己就是一个orbifold;或者 ,当有限群 在 上的线性作用是自由的时候,我们得到一个spherical space form,但是如果作用不自由的话,就得到一个orbifold。
Riemannian orbifold是说空间本身不一定带奇点,但是度量可能带orbifold singularity,也就是说有些点处的度量实际定义在邻域的一个有限覆盖上,在这个有限覆盖下度量才是光滑的。简单的例子,比如 , 作用为绕直径旋转 , 这样商掉得到的空间仍然是同胚于 的,但是度量在南北极有奇性,在两极附近的坐标表示实际是 ,这在极坐标下并不是原点处光滑的度量。
关于topological orbifold,实际上如果一个拓扑群G在一个流形M上的连续作用满足每点处的stabilizer都是有限群,那么商空间M/G就是一个orbifold——这也是orbifold例子的主要来源,这也是为什么orbifold往往跟群作用有关系。我自己的研究也直接牵扯到群作用和商空间,可惜我用到的orbit space基本全都不是orbifold,因为基本都存在无限阶的stabilizer(实际上是正维数的子李群)。
至于groopoid,那是另外一码事。groupoid是group的推广,它是指一个范畴,其中的每个morphism都可逆。一个典型的例子是,固定一个自然数n,考虑这样一个范畴,其对象为全体n维线性空间,morphism为这些线性空间之间的可逆映射。这就是一个groupoid,你可以看成GL(n)的推广。groupoid和group一个最显著的区别,在于groupoid允许存在多个单位元。比如上述例子中,每个线性空间V对应的 都是不同的单位元。当然需要为此付出的“代价”是,不是任意两个“元素”都可以“相乘”的——不是任意两个morphism都可以复合的,显然只有值域和定义域相接合的morphism才可以复合。
其实groupoid也不是代数学家纯粹为了抽象而发明出来的东西。群是用来刻画对称性的,群胚其实也能用来刻画更广义的对称性。描述晶体的对称性,用群就够了;描述 准晶 的对称性,则需要用到性质更差一些的groupoid。