切向量丛(简称切丛)是微分几何中一个重要概念。
定义:切丛是微分流形M上的一种特殊向量丛,一般记为T(M)。直观理解,就是把流形M上每一点处的切空间 “粘合” 在一起形成的新流形(即向量丛),其秩等于流形M的维数 。比如,对于二维曲面,曲面上每点都有一个二维的切空间,所有这些切空间组合起来就构成了切丛。切丛的截面就是切向量场,也就是在流形的每一点处安放一个切向量,且当这些切向量的基点连续移动时,它们也跟着连续变动,像地球某时刻的全球风向图就是一个切向量场的例子。建立该概念的原因:揭示流形结构:反映流形的局部线性结构与大范围性质的联系,帮助理解流形的本质结构。如在研究流形的拓扑性质时,切丛能提供有力的分析工具。定义几何概念:很多重要几何概念可借助切丛定义。例如黎曼度量可从切丛的局部化上定义,进而得到大范围上的度量;近复结构也能利用切丛来定义。引入关键概念:利用切丛和其对偶概念余切丛,可以得到(p,q)型张量,并引入联络的概念,使得人们能够像计算函数导数那样去描述切向量的变化,对研究流形上的分析和几何问题至关重要。服务物理研究:在物理学中,尤其是广义相对论里,爱因斯坦借助黎曼几何描述时空本质,切丛作为黎曼几何的核心概念之一,为描述时空的性质提供了数学基础 。此外,在规范场论等领域,切丛及相关的向量丛概念也是重要的基础概念。
向量丛中的向量是指一个空间,准确来说,向量丛中的每一个纤维都是一个向量空间。
