在
物理学中,紧致(compactification),又称
紧致化,指改变
时空中某些
维度的
拓扑结构,使其从展开的无限大尺度,变成有限大的周期性结构。紧化在
弦理论中用于解决
多维空间的额外空间问题。
在弦理论中,将超弦理论放置在10 维中就会没有反常,没有反常是个非常重要同时令人满怀憧憬的发现维数确定以后的问题是额外维的问题,即这10 维中超出人类所能理解的那6维如何解决。
20 世纪20 年代最早曾经被卡鲁查( Th.Kaluza)和
克莱因( O.Klein)提出过, 就是将其看做是卷起来了, 卷到了极小不能被看到的尺度。这种将维度卷到了非常小以至于很难被看到的程度的思想被称为紧化。
卡鲁扎-克莱因理论是一个紧化的例子。通过把额外的第五维卷曲成一个半径非常小的圆,
引力和
电磁力得以被统一理解。在
超引力的领域中,
11维超引力中卷曲的7维
流形的对称性,用来在
引力框架内包容描述
强力、
弱力和
电磁力的标准模型。
弦论中的紧致化,是
卡鲁扎-克莱因理论的一种扩充和应用。考虑
费米子自由度后,
超弦理论只有在10维才自洽。为了联系10维的
超弦理论和4维的现实世界,我们通常把多余的6维卷曲起来。为了保证4维有效理论至少具有
超对称,6维
流形的完整群应为 而非最广泛的情形 ,因此6维流形应是
卡拉比–丘流形,包含轨形、不可定向形或
D膜的紧致化亦被广泛讨论。
不同的额外维
流形的模对应于4维有效场论中不同的真空。为了固定这些
模,与
D膜的
耦合规范场被用来确定低维有效理论的势。这即为通常所说的
通量紧化。由于
卡拉比–丘流形的贝蒂数 和 通常很大,其
通量紧致化的合理真空数量惊人;这一性质被用来解释理论计算的
宇宙学常数和观测所得的
暗能量不符合的疑难。
在
数学中,紧化是将一个
拓扑空间扩大为
紧的过程或结果。紧化的方法有多种,但每一种方法都是以某种方式添加“无穷远点”控制“跑向无穷远”的点或阻止这样的“逃逸”。
拓扑空间 作为
稠密子集嵌入一个
紧空间称为 的一个紧化。将拓扑空间嵌入紧空间中经常有用,因为紧空间有一些特殊性质。嵌入紧
豪斯多夫空间可能特别让人感兴趣。因为每个紧豪斯多夫空间是一个
吉洪诺夫空间,而吉洪诺夫空间的每个子空间是吉洪诺夫的,我们得出每个有豪斯多夫紧化的空间必须是吉洪诺夫空间。事实上,其逆亦真;吉洪诺夫空间是存在
豪斯多夫紧化的
充分必要条件。
对一个拓扑空间,它的(亚历山德罗夫)单点紧化是通过添加额外一点 (通常叫做
无穷远点)得到的,定义新空间的
开集是中的开集以及具有形式的集合,这里是的一个子集使得闭且紧。的
单点紧化是豪斯多夫的
当且仅当是豪斯多夫的且局部紧。
其次,豪斯多夫紧化,即紧化中紧空间是
豪斯多夫。一个
拓扑空间有豪斯多夫紧化当且仅当它是
吉洪诺夫。在这种情形,存在惟一(差一个同胚)“最一般的”豪斯多夫紧化,的斯通-切赫紧化,记作。空间由泛性质刻画,任何从到一个紧豪斯多夫空间的
连续函数可以惟一地延拓为从到的连续函数。更确切地说, 是一个包含的紧豪斯多夫空间使得上由 诱导的拓扑与上本来的拓扑相同,且对任何连续映射,这里是一个紧豪斯多夫空间,存在惟一连续映射使得限制在上等同于。
斯通-切赫紧化可具体地构造如下:设是从到闭区间的连续函数集合。则中每一点可与上一个取值函数等同。这样可与的一个子集等价,这里是从到的所有函数集合。由
吉洪诺夫定理后者是紧的,的
闭包作为该空间
子集也是紧的。这就是斯通-切赫紧化。