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数理科学

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ラングランズ・プログラム - W

ラングランズ・プログラム - W 

ラングランズプログラム(: Langlands program)は、代数的整数論におけるガロワ群の理論を、局所体およびそのアデール上で定義された代数群表現論および保型形式論に結び付ける非常に広汎かつ有力な予想網である。同プログラムは Langlands (1967, 1970) により提唱された。



問題の背景

非常に広い脈絡において、既存の概念を用いて、ラングランズプログラムは構築される。これには例えば、それより少し前にハリッシュ=チャンドラ英語版Gelfand (1963) が定式化していたカスプ形式の哲学や、半単純リー群に関するハリシュ=チャンドラの手法及び結果、セルバーグ跡公式などが含まれる。

初めこそ非常に新しかったラングランズの研究も、技術的に深められる中で、豊かに体系立った仮説的な構造(いわゆる函手性)を伴って数論との直接的な繋がりを提示するものとなった。

例えば、ハリッシュ=チャンドラの仕事において、半単純(あるいは簡約リー群に対してできることは、任意の代数群に対してできるはずであるという原理を見ることができる。従って、その手法というのは、既に知られていたモジュラ形式論における GL(2) や、後から認識されるようになった類体論における GL(1) などの、ある種の低次元リー群が果たす役割を、少なくとも一般に n > 2 に対する GL(n) についての考察を明らかにすることであるということができる。

カスプ形式の概念の出所は、モジュラー曲線上のカスプのみならずスペクトル論においても(アイゼンシュタイン級数からの連続スペクトル英語版と対照を成す)離散スペクトルとも見ることができる。より大きなリー群に対してカスプ形式を考えることは、放物型部分群英語版の数が膨大になるため、より技巧的な扱いを要する。

こういった手法の何れにおいても技術的な近道となる方法はなく、しばしば本来帰納的でとりわけレヴィ分解英語版に基づいているが、その分野は昔も今も非常に多くのことが要求される[1]

モジュラー形式の側からは、例えばヒルベルトモジュラー形式英語版ジーゲルモジュラー形式英語版テータ級数などの例があった。

対象

ラングランズ関連の予想は無数にあり、さまざまな体上の様々な群に対するラングランズ予想が、あるいは各体に対する様々な形のラングランズ予想が定式化される[2]。こうしたラングランズ予想の中には[どれ?]、非常にあいまいな形であったり、存在もよく分からないラングランズ群英語版や互いに同値でない複数の定義を持つ L-群に依存した形になっていたりするようなものも存在する。そうしてさらに、ラングランズが1967年に最初に提示したものよりもラングランズ予想は深められていった。

ラングランズ予想を述べることのできる様々に異なった種類の対象として、以下のものを挙げることができる:

  • 局所体上で定義された簡約代数群表現。局所体に含まれる体のクラスとして、アルキメデス局所体R または C)、p-進局所体(Qp の有限次拡大)、函数体の完備化(有限体上の形式ローラン級数体 F((t)) の有限次拡大)がある。
  • 大域体上で定義された簡約代数群上の保型形式。大域体に含まれる体のクラスには、代数体代数函数体が含まれる。
  • 有限体。ラングランズ自身はこれを予想の範疇に含めてはいなかったが、ラングランズの予想のアナロジーで有限体に対するものがある。
  • 複素数体上の函数体のような、より一般の体。

ラングランズ予想

ラングランズ予想の述べた方は様々に異なった方法があり、それらは密接に関連しているが、それらの同値性については明らかなことではない。

相互律

ラングランズプログラムの出発点は、二次の相互律を一般化したアルティン相互律であると考えられる。アルティンの相互律は、ガロワ群可換であるような代数体ガロワ拡大に適用して、L-函数をガロワ群の一次元表現に対応させ、さらにそれら L-函数がある種のディリクレ L-級数ヘッケ指標から構成されるより一般の級数(つまり、リーマンゼータ函数のある種の対応物)と同一視できることを主張するものである。これら種々の異なる L-函数の間の具体的な対応が、アルティンの相互律を構成しているのである。

非可換なガロワ群やその高次元表現に対しても、L-函数は自然な方法で定義することができる(アルティン L-函数)。

ラングランズの考察は、アルティンの主張をより一般の仮定の下で定式化することを許すような、ディリクレ L-函数の真の一般化を求めることであった。

保型形式論

ヘッケ英語版は既に、ディリクレ L-函数を保型形式C の上半平面上で定義される正則函数である種の函数等式を満たすもの)に関連付けていたが、ラングランズはそれを(有理数体 Qアデール環 A 上で定義される一般線型群 GL(n, A) の無限次元既約表現の一種である)保型尖点表現に対して一般化した。(Q のアデール環というのは、Q の任意の完備化を一斉に扱ったようなものである)。

ラングランズは、保型 L-函数をその保型表現に対応させ「任意のアルティンのL-函数が、代数体のガロワ群の有限次元表現から生じることと、保型尖点表現から生じることとは等しい」と予想した。これをラングランズの「相互律予想」という。一口に言えば、相互律予想は簡約代数群の保型表現とラングランズ群から L-群への準同型との間の対応を与えるものである。この相互律は、ラングランズ群や L-群の定まった定義がないために、いくつものバリエーションがある。局所体上での相互律は、局所体上の簡約代数群の既約許容表現のL-パケット英語版の径数付けを与えることが期待される。例えば、実数体上での相互律は実簡約代数群の表現のラングランズ分類英語版であり、大域体上では保型形式の径数付けを与える。

函手性

函手性予想の主張するところは、L-群の適当な準同型が(大域体の場合の)保型形式や(局所体の場合の)表現の間の対応を与えることが期待されるということである。簡単にいえば、ラングランズの相互律予想は函手性予想のうちで簡約代数群が自明である特別の場合である。

一般化された函手性

ラングランズは函手性の概念を、一般線型群 GL(n) の代わりに他の連結簡約代数群を用いることができるように一般化した。さらにラングランズは、そのような群 G に対してラングランズ双対群 LG を構成して、G の任意の保型尖点表現と LG の任意の有限次元表現に対し、ある種の L-函数を定義した。ラングランズの予想の一つは、この L-函数が既知の L-函数の函数等式を一般化したある種の函数等式を満足することを主張する。

こうしてラングランズは、非常に一般な「函手性原理」を定式化するに至る。これは、二つの簡約代数群とそれらに対応する L-群の間の(素性の良い)準同型が与えられたとき、これらの群の保型表現はその L-函数に対して整合的な仕方で関連することを予想するものである。この函手性予想からは、これまでにあった全ての予想が系として導かれる。これは誘導表現英語版の構成の特質である(もっと従来からの保型形式論において「持ち上げ英語版」と呼ばれていたもので、特別な、従って(表現の制限英語版が反変的であるのに対して)共変的であるような場合が知られていた)。直接的な構成を明示的に述べることが試みられたが、いくらか限定的な結果が得られただけであった。

これらすべての予想を、有理数体 Q に替えてより一般の体、例えば(もともとの予想であり、最も重要な場合である)代数体局所体、あるいは(素数 p に対する p-元体 Fp 上の有理函数体 Fp(t) の有限次拡大体であるような)函数体に対して定式化することができる。

幾何学的ラングランズ予想

ドリンフェルトのアイデアに従ってローモンの提唱した、いわゆる幾何学的ラングランズプログラムは、通常のラングランズプログラムを幾何学的に定式化しなおして、単に既約表現だけを考える以上のものを関連付けようとして生じたものである。単純な場合だと、代数曲線エタール基本群英語版l-進表現を、その曲線上のベクトル束モジュライスタック(moduli stack)上で定義された l-進層の導来圏の対象に関連付ける。

現在の状況

  • GL(1, K) に対するラングランズ予想は類体論から従う(というよりは本質的には同じものである)。
  • ラングランズ自身は、アルキメデス局所体(R および C)に対するラングランズ予想を、既約表現に対するラングランズ分類を与えて肯定的に解決している。
  • ルスティックによる、有限体上のリー型の群の既約表現の分類は、有限体に対するラングランズ予想に相当するものと考えられる。
  • ワイルズによる、有理数体上の半安定楕円曲線のモジュラー性の証明は、ラングランズ予想の一部と見做すことができる[なぜ?]が、ワイルズの方法を任意の数体上に拡張することはできない。
  • 有理数体上の二次一般線型群 GL(2, Q) に対するラングランズ予想は未解決。
  • ラフォルグは函数体 K 上の一般線型群 GL(n, K) に対するラングランズ予想を保証するラフォルグの定理英語版を示した。これは GL(2, K) の場合を示したウラジーミル・ドリンフェルトの先行研究に続くものである。

局所ラングランズ予想

Kutzko (1980) は、局所体上の二次一般線型群 GL(2, K) に対する局所ラングランズ予想英語版を証明した。一般次元の場合には、 Laumon, Rapoport, and Stuhler (1993) が、大域理論を含む論法を以って正標数局所体 K 上の一般線型群 GL(n, K) に対する局所ラングランズ予想を証明し、標数 0 の局所体上の一般線型群 GL(n, K) に対する局所ラングランズ予想は Taylor and Harris (2001) の証明や、あるいは Henniart (2000) の証明などがある(何れも大域的な議論を用いるものである)。

基本補題

2008年にゴ・バオ・チャウ(Ngô Bảo Châu)は、所謂「基本補題英語版」と称される補助的だが非常に難しい主張を示した。基本補題はもともとラングランズ自身によって1983年に述べられたものである[3][4]

注釈

  1. ^ Frenkel, Edward (2013). Love & Math. ISBN 978-0-465-05074-1.  邦訳『数学の大統一に挑む』青木薫訳、文藝春秋、2015年。ISBN 978-4-16-390280-7.
    父はこれまでの話を読んで、「内容を詰め込みすぎだ」と言った。たしかに本章では、ヒッチン・モジュライ空間、ミラー対称性、Aブレーン、Bブレーン、保型層といった概念が登場した。これらすべての名前を覚えようとするだけでも、頭が痛くなってくるかもしれない。しかし信じてほしいが、ここで話した構成法を隅々まで理解している人は、専門家の中にさえ、まずめったにいないのだ。
  2. ^ Frenkel, Edward (2013), Love and Math: The Heart of Hidden Reality, Basic Books, p. 77, ISBN 9780465069958, http://books.google.com/books?id=sb0PAAAAQBAJ&pg=PT77 
    邦訳『数学の大統一に挑む』青木薫訳、文藝春秋、2015年。ISBN 978-4-16-390280-7.
    ラングランズ・プログラムは、今や広大な研究分野となり、数論、調和解析、幾何学、表現論、数理物理学などさまざまな領域で、多くの数学者がこれに取り組んでいる。数学者たちは、相当異質な対象を調べているにもかかわらず、よく似た現象を見る。
  3. ^ Ham Chau (2009-02-15) (French), Ngô Bao Châu, sommité mondiale des maths, Le Courrier du Vietnam, http://lecourrier.vnagency.com.vn/PrintView.asp?id=49751 
  4. ^ Langlands, Robert P. (1983), Les débuts d'une formule des traces stable, Publications Mathématiques de l'Université Paris VII [Mathematical Publications of the University of Paris VII], 13, Paris: Université de Paris VII U.E.R. de Mathématiques, MR697567, http://www.sunsite.ubc.ca/DigitalMathArchive/Langlands/endoscopy.html#debuts 

参考文献

関連項目

外部リンク

メタ情報とセマンティック・ウェブ - The Web KANZAKI

メタ情報とセマンティック・ウェブ - The Web KANZAKI 

ウェブは人間が読むための「文書のウェブ」から、様々なデータを自在に発見して利用できる「データのウェブ」へと向かいます。セマンティック・ウェブと呼ばれる分野では、このデータのウェブを実現するために、表現のモデルや交換・共有を可能にするオントロジー、そして推論や頼性検証といった各レベルでの技術開発が進められています。メタデータを適切に与えることで、文書情報をこの「データのウェブ」に組み込むことが可能になります。

リソースとメタデータの表現

語彙とオントロジー

メタデータの応用と提供

そのほか

※『RDF/OWL入門』、『セマンティックHTML/XHTML』を上梓しました。

2015セマンテック最終画面0.6

超天才数学入門Ⅲ『望月新一』

【天才】望月京大教授が数学界最大の難問を解明か【世紀の解明】 

▼現代の数学に未解明のまま残された問題のうち、「最も重要」とも言われる整数の理論「ABC予想」を証明する論文を、望月新一 京都大教授(43)がインターネット上で公開した。

▼今回の解明は何がすごいのか

解決に約350年かかった「フェルマーの最終定理」も、この予想を使えば一気に証明可能

欧米のメディアも「驚異的な偉業になるだろう」と興奮気味に伝えている。

まだほとんどの数学者が理解できていないような新たな数学的手法を開発し、それを駆使して証明

望月教授が開発した手法は将来、この予想以外の整数論の問題を解く強力な道具になるとも期待されている。

論文は合わせて4編で500ページ

イギリスの科学誌ネイチャーによると、望月教授は新たな数学的手法を開発し、それを駆使して証明を展開しているため「査読に時間がかかるだろう」と報道。

論文執筆に少なくとも10年かけた

望月さんを知る研究者は「今回の論文執筆に少なくとも10年、間断なく集中してきた。まだかなり興奮しているのではないか」と話した。

▼望月教授とは?

日本の数学者、京都大学数理解析研究所教授。専門は数論幾何学、遠アーベル幾何学。

▼異例すぎる経歴

1988年 - プリンストン大学を卒業(16歳入学、19歳卒業)
1992年 - プリンストン大学でPh.Dを取得(22歳):指導教授はフィールズ賞を受賞したゲルト・ファルティングス
1992年 - 京都大学数理解析研究所助手に就任
1996年 - 京都大学数理解析研究所助教授に就任(26歳)
1997年 - 日本数学会秋季賞受賞:代数曲線におけるグロタンディーク予想の解決(中村博昭、玉川安騎男との共同受賞)
1998年 - 国際数学者会議招待講演
2002年 - 京都大学数理解析研究所教授に就任(32歳)
2005年 - 日本学術振興会日本学術振興会賞受賞:p進的手法によるグロタンディークの遠アーベル幾何予想の解決など双曲的代数曲線の数論幾何に関する研究
2005年 - 日本学士院日本学士院学術奨励賞受賞:数論幾何の研究

昭和44年東京生まれ。関係者によると父親の仕事の都合で5歳のころ渡米。ほとんど米国暮らしで、平成4年に23歳で京都大助手に就任した際は日本語が苦手だったという。

専門の数論幾何で多岐にわたる業績を残し、17年に日本学士院が45歳以下の若手を対象に創設した学術奨励賞の第1回受賞者に選ばれた。

過去の実績

代数曲線におけるGrothendieck予想を予想を超えた形で証明。
p進Teichmuller理論の構築
Hodge-Arakelov理論の構築
曲線のモジュライ空間の既約性の別証明
数論的小平-Spencer理論
Hurwitz Schemeのコンパクト化
crys-stable bundleの構成
数論的log Scheme圏論的表示の構成
inter-universal geometryの構築
1998年のICMでは招待講演をしている
著作にFoundations of -adic Teichmuller Theory

▼素晴らしい研究姿勢

普通の研究者(例えば私)であれば, ディオファントス幾何に関する結果をなるべく早く形にして2006年のフィールズ賞に間に合うようにと考えるでしょうが, 望月さんは, 賞に対しては全く無欲(というか, むしろやや否定的)で, 十分時間をかけて基礎理論を満足のいくような形で完成させることに力を注いでいます.
また, 大予想の証明に向かう途中の理論についても,全てプレプリントなどで公開しています. それを見て誰かが先に証明してしまうのではないかという周囲の心配もどこ吹く風, 「自分の理論を理解して先に証明してくれるのであればむしろありがたい」とおっしゃっています.

▼ネット上の反応

こういう最先端の論文を誰でも読めるというのが、改めて考えるとまた凄い。
いや、理解出来るかどうかとかは全然横に置いといてねw

非常に規模の大きい新手法 (というか新しい分野の創始に等しい) だそうでリーマン予想の解決にも応用できるかも、だとさ
もしそっちも片付けちゃったら、人類数学史のトップテン入り確実だね

▼望月教授本人のコメントは?

『論文はあくまでも専門家向けで、一般社会向けではない。一部の専門家の間で、また静かな環境の下で対応することが望ましいと考えている』

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