Up 「ホモロジー群」は,何をしようとするもの? 作成: 2023-10-05
更新: 2023-10-05



    ひとは上の2つの閉曲面──球面とトーラス──を,タイプの違うものとして観る。
    ホモロジー加群は,ひとのこの直観に数学的表現/裏付けを与えようとする探求の中から,出て来たものである。
    翻って,ホモロジー加群は何をするものかというと,閉曲面の分類をするものである。

    数学は推理の自動機械である。
    ホモロジー加群を使った閉曲面の探求が開始されると,ひとの直観が及ばなかったものを示してくるようになる。
    ひとはこれを「本質」と呼ぶ。

      数学は,卑近の本質を捉える道具として人が発明し,開発してきたものである。
      数学と疎遠でいるのは,もったいないことなのである。


    さて,閉曲面の本質的違いを捉えようとするホモロジー加群の方法は,どのようなものか?

    トーラスには穴がある。
    これが球面との決定的違いになっている。
    では,穴とは何か?
    数学に感心してしまうのは,これにきっちり表現を与えてしまうことである。

    曲面の上で一回りしてみる。
    球面の場合,一周経路には内と外ができる。
    トーラスでは,内と外ができる経路のほかに,内と外ができない経路が2通りとれる:

    そこで,タイプの違う経路を数学的に表現できればよさそうだ,となる。

    一周経路を「サイクル」と呼ぶことにする。
    内と外ができるサイクルを,面のバウンダリ (境界) になるサイクルと捉える。
    タイプaのサイクルはバウンダリサイクルで,タイプb,cのサイクルはバウンダリサイクルではない。

    こうして,サイクルの中にバウンダリサイクルがあるかどうか,あればそれはいくつのタイプに分かれるかで,閉曲面の分類ができそうな感じになってきた。
    しかしまだ雲をつかむような感じである。

    雲をつかむような感じなのは,サイクルが定まらないためである。
    例えば,つぎのbとb′,cとc′ は,それぞれ同じ扱いになるはずのものなので,1つにしなければならない。

    といった問題を解決していって,ホモロジー加群の発明に至る。
    ホモロジー加群は,「サイクルの中にバウンダリサイクルがあるかどうか,あればそれはいくつのタイプに分かれるか」が,これを見ればわかるしくみになっている。