Проекционный спектр
Проекцио́нный спектр, индексированное направленным множеством семейство симплициальных комплексов такое, что для каждой пары индексов , для которых , определено симплициальное отображение (проекция) комплексов на комплекс . При этом требуется, чтобы , когда (условие транзитивности). Тогда и говорят, что задан проекционный спектр , или просто . Это понятие принадлежит П. С. Александрову (Aleksandrov. 1928); оно, по сути, эквивалентно общему понятию обратной системы, или обратного спектра (см. в статье Спектр в категории). Действительно, каждый комплекс естественным образом превращается в частично упорядоченное множество симплексов этого комплекса, а следовательно, в топологическое -пространство . При этом проекции становятся непрерывными отображениями. Обратно, если – обратная система из топологических -пространств и непрерывных проекций , то каждое -пространство естественно превращается в частично упорядоченное множество, а это частично упорядоченное множество реализуется в виде симплициального комплекса . При этом непрерывные проекции становятся симплициальными отображениями. Таким образом, проекционный спектр – это в точности обратная система из топологических -пространств (Aleksandrov. 1947).
Понятия «проекционный спектр» (а следовательно, и обратной системы пространств) и нерва системы множеств (см. ниже) оказали огромное влияние не только на развитие топологии, но и на развитие всей теоретико-множественной математики. После этого стало возможным говорить о теории аппроксимации сложных топологических и алгебро-топологических объектов более простыми.
Если для каждого комплекс конечен, то спектр называется конечным проекционным спектром. С каждым проекционным спектром связываются следующие понятия. Всякий набор симплексов по одному из каждого комплекса спектра называется нитью этого спектра, если при всегда , где . Множество всех нитей с топологией, базу которой образуют множества вида , где , произвольны, а означает, что симплекс нити в комплексе является гранью симплекса , называется полным пределом спектра . Та же топология получается, если индуцировать на топологию тихоновского произведения , где – соответствующее комплексу топологическое -пространство. Нить объемлет нить , если для каждого выполнено . Нить называется максимальной (соответственно минимальной), если не существует никакой отличной от неё нити, для которой она была бы объемлемой (соответственно объемлющей). Подпространство полного предельного пространства спектра , состоящее из всех максимальных (соответственно из всех минимальных) нитей, называется верхним (соответственно нижним) пределом спектра . Полный предел является полурегулярным (в другой терминологии – семирегулярным) -пространством, а верхний и нижний пределы суть -пространства. Если – конечный проекционный спектр, то , и – компактные пространства.
В основе всей теории аппроксимации топологических пространств полиэдрами, вернее симплициальными комплексами, лежит введённое П. С. Александровым (Alexandrov. 1927) понятие нерва системы множеств. Нервом данной системы множеств называется симплициальный комплекс , вершины которого взаимно однозначно соответствуют элементам системы таким образом, что каждое множество вершин определяет симплекс комплекса тогда и только тогда, когда соответствующие этим вершинам множества системы имеют непустое пересечение.
Удобнее рассматривать т. н. канонические покрытия пространства . Локально конечное (конечное) покрытие пространства называется каноническим, если его элементы – канонические множества (замкнутые) (в другой терминологии – регулярные замкнутые) с дизъюнктными открытыми ядрами. Если из двух канонических покрытий пространства покрытие следует за покрытием , т. е. вписано в (в этом случае ), то определено естественное симплициальное отображение (проекция) нерва на нерв , которое возникает, если каждому элементу покрытия поставить в соответствие тот единственный элемент покрытия , для которого . Пусть [соответственно ] обозначает совокупность всех локально конечных (конечных) канонических покрытий пространства . Для каждого [соответственно ] обозначена вся совокупность всех локально конечных (конечных) канонических покрытий пространства . Для каждого [соответственно ] рассматривается комплекс , являющийся нервом покрытия . Если , то определено симплициальное отображение . Полученный таким образом проекционный спектр называется полным (соответственно конечным) проекционным спектром топологического пространства . П. С. Александров (Alexandrov. 1928) ещё в 1928 г. доказал, что каждый метрический (-мерный) компакт является верхним пределом (-мерного) конечного проекционного спектра над счётным множеством индексов. А. Г. Курош в 1934 г. доказал, что каждый компакт есть верхний предел своего конечного проекционного спектра. В 1961 г. В. И. Пономарёв доказал, что каждый паракомпакт есть верхний предел своего полного проекционного спектра, т. е. спектра, построенного над множеством всех локально конечных канонических покрытий пространства . В. И. Пономарёв ввёл понятие расслабления симплициального комплекса , понимая под этим всякий замкнутый подкомплекс , содержащий все вершины комплекса . Нульмерный комплекс, состоящий из всех вершин комплекса , называется его полным расслаблением (или остовом). Заменяя все комплексы данного проекционного спектра их (полным) расслаблением и сохраняя при этом проекции, получают (полное) расслабление спектра. Исследование неприводимых совершенных отображений паракомпактов сводится к исследованию расслаблений их полных проекционных спектров. При этом предел полного расслабления полного проекционного спектра паракомпакта есть т. н. абсолют паракомпакта , а предел полного расслабления конечного проекционного спектра любого регулярного пространства – бикомпактное расширение Стоуна – Чеха абсолюта этого регулярного пространства. Всякий конечный абстрактный проекционный спектр эквивалентен спектру над некоторым направленным измельчающимся множеством конечных канонических покрытий некоторого полурегулярного бикомпактного -пространства, т. е. получается из этого спектра посредством конечного числа следующих операций: 1) замена спектра изоморфным ему спектром, 2) замена спектра его конфинальной частью, 3) замена спектра спектром, содержащим данный в качестве конфинальной части (теорема Зайцева).
Понятия нерва и проекционного спектра доставили средства для редукции свойств общих пространств, и прежде всего паракомпактов, компактов и метрических компактов, к свойствам комплексов и их симплициальных отображений. Это позволило определить и изучать гомологические и когомологические инварианты общих пространств, а не только полиэдров (см. в статьях Гомологии и когомологии Александрова – Чеха, Спектральные гомологии). Всё это привело к синтезу геометрических и теоретико-множественных идей в топологии.