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/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / physics / 18169 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-05  |  5.6 KB

  1. Xref: sparky sci.physics:18169 sci.math:14428
  2. Newsgroups: sci.physics,sci.math
  3. Path: sparky!uunet!charon.amdahl.com!pacbell.com!decwrl!ames!agate!linus!linus.mitre.org!linus!wdh
  4. From: wdh@linus.mitre.org (Dale Hall)
  5. Subject: Re: What's a manifold?
  6. Message-ID: <1992Nov5.173144.226@linus.mitre.org>
  7. Followup-To: sci.math
  8. Summary: abunchastuff
  9. Keywords: manifolds
  10. Sender: Dale Hall
  11. Nntp-Posting-Host: linus.mitre.org
  12. Organization: Research Computer Facility, MITRE Corporation, Bedford, MA
  13. References: <1992Nov5.004804.24757@galois.mit.edu> <1992Nov5.035214.25991@galois.mit.edu> <1992Nov5.060400.14203@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  14. Distribution: na
  15. Date: Thu, 5 Nov 1992 17:31:44 GMT
  16. Lines: 89
  17.  
  18. In article <1992Nov5.060400.14203@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  19.         pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt) writes: 
  20. >In article <1992Nov5.035214.25991@galois.mit.edu>
  21.         tycchow@riesz.mit.edu (Timothy Y. Chow) writes: 
  22. >>
  23. >>Well, this definition has the advantage of being easily motivated and
  24. >>concrete, but as people started studying manifolds more deeply they
  25. >>found that it was often a nuisance to have to be tied to a particular
  26. >>function f to define their manifolds.  There were certain geometric
  27. >>properties of manifolds that were "intrinsic" to the surface and didn't
  28. >>really depend on the function f in any essential way.  It seemed that
  29. >>what was needed was a way of defining manifolds without having to pick
  30. >>a space R^n for the manifold to live in and specify an explicit function.
  31. >>
  32. >>Hence the modern approach to manifolds is to define them as objects in
  33. >>their own right, without reference to a space that they're imbedded
  34. >>in.  This is what motivates the definition that John Baez gives.
  35. >>Notice that he doesn't require the manifold to live in some R^n.  The
  36. >>extra abstraction is a small price to pay for the simplification and
  37. >>logical clarity that it yields, as you will appreciate if you study the
  38. >>subject more deeply.  Similarly, smooth manifolds and algebraic
  39. >>varieties (and later schemes) are nowadays defined without making them
  40. >>live in R^n.
  41. >
  42. >Ah, now this is starting to sound very interesting and helpful.  What I
  43. >don't understand here is how "living in R^n" is of itself creating
  44. >complexity and obscurity.  I can see that the arbitrariness of f might
  45. >get in the way.  But where does the complexity and obscurity creep in
  46. >if for example we define a manifold to be a smooth retract of an open
  47. >subset of R^n?  (This is essentially taking the existence of tubular
  48. >neighborhoods as definitive of manifolds, and is how Bill Lawvere likes
  49. >to think of them.)
  50.  
  51. The problem, as I see it, with thinking of manifolds as living in some
  52. ambient Euclidean space, is that it causes confusion when the manifold
  53. arises full-grown from the head of Zeus, as it were.  For instance,
  54. imagine a manifold M (maybe it's in R^n), and you have some notion of
  55. symmetry that applies to M.  Further, you know that (for instance) for
  56. any x in M, the set of all things related to x by symmetry (for the
  57. sake of discussion, let's call it the cohort of x [non-standard
  58. terminology here]) is particularly nice: the cohort of x is always a
  59. circle, say, and all of the symmetry operations treat nearby cohorts
  60. in a continuous fashion.  That is, if operation \theta sends x to the
  61. "circle element" x_\theta, and if y is near x, then the operation
  62. \theta yields y_\theta which is similarly near x_\theta (I'm being
  63. purposely informal about things that can indeed be made precise).  
  64.  
  65. If the symmetry is regular in a suitable sense, then one can construct
  66. a manifold M/~ where ~ is the equivalence relation defined by x ~ x'
  67. if x and x' belong to the same cohort.  (I mean, you can always define
  68. the quotient of a space w.r.t. an equivalence relation, but in this
  69. case the quotient inherits a manifold topology)
  70.  
  71. Now, the symmetry may not apply to all of R^n, so you're left with M/~
  72. that is homeless in the sense of not having a Euclidean space to
  73. reside in.  If your definition of manifold forces you to think only of
  74. manifolds within Euclidean spaces, then you're stuck until you can
  75. find an equivariant embedding of M in some R^m (perhaps different from
  76. its earlier home of R^n). 
  77.  
  78. A more insidious problem arises when you think of manifolds that are
  79. thought of as the zero-set of some smooth function f: R^n --> R^k.  If
  80. you use the implicit function theorem to guarantee that you have a
  81. real-live manifold (i.e., you restrict the Jacobian to have rank k
  82. along the zero set),then you have condemned your manifolds to a very
  83. nearly trivial existence from some perspectives: each will have its
  84. characteristic (Stiefel-Whitney, Pontrjagin, Chern) classes <<all>>
  85. zero, for the reason that the normal bundle of the manifold in R^n
  86. will be trivial, since it is the pullback of the normal bundle of 0 in
  87. R^k (a patently trivial bundle if ever there was one) and thus the
  88. tangent bundle will be stably trivial.  No projective spaces RP^n or
  89. CP^n, no cobordism theory because every manifold you ever see will
  90. bound (in the next higher dimension).  Pretty dull, if you ask me.
  91.  
  92. If you're a complex kind of guy, you'll likely stick to holomorphic
  93. functions, and will notice that you never ever see compact manifolds,
  94. since no compact complex manifold embeds holomorphically in C^n.  Even
  95. the Riemann sphere, that old friend from complex analysis, stubbornly 
  96. refuses to visit.  Not to mention the global picture of Riemann
  97. surfaces. 
  98.  
  99. My sense is that it is the notion of freeing manifolds from the bonds
  100. of the Euclidean captors that has enabled the theory to blossom as it
  101. has.  That other stuff?  Yeah, it's important too, but it could have
  102. been accomplished with embedded manifolds, even if it would have been
  103. clumsy.  
  104.  
  105. My opinion only.
  106.                         Dale.
  107.