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解法: ペレルマンの手術付きリッチ流(2002–2003年)・要約版

ステップ 5/9: 局所非崩壊定理
ざっくり言うと

曲率については周囲に何も危険の兆候がないのに、一本の狭い帯に沿ってきつく皺が寄せられ、そこがほぼ1次元に見えるような金属板を想像してほしい。Perelman の局所非崩壊定理は、リッチ流に対してこれを排除する:曲率が制御されている場所ではどこでも、体積が密かに剃刀のように薄くなることはない。

証明では、疑わしい領域に局在化した試験関数を W-エントロピーに代入する;もしその領域が本当に崩壊しているなら、そこで W は任意に負にならざるを得ず、前のステップで証明した単調性に矛盾する。

sup⁡B(p,r)∣Rm∣≤r−2, r<T  ⟹  Vol B(p,r)≥κrn(κ=κ(g(0),T)>0)\sup_{B(p,r)}|\mathrm{Rm}|\le r^{-2},\ r<\sqrt{T}\implies \mathrm{Vol}\,B(p,r)\ge \kappa r^n\qquad(\kappa=\kappa(g(0),T)>0)
詳しい解説

計量 g(t)g(t) が、半径 r<ρr<\rho で ∣Rm∣≤r−2|\mathrm{Rm}|\le r^{-2} を満たすすべての測地球 B(p,r)B(p,r) が少なくとも体積 κrn\kappa r^n を持つとき、スケール ρ\rho で κ\kappa-非崩壊であるという。Perelman の定理(§4, arXiv:math/0211159、§7–8 で縮約体積を用いてさらに精密化)は次を示す:閉多様体 M3M^3 上の g(0)g(0) と T<∞T<\infty が与えられると、ある κ=κ(g(0),T)>0\kappa=\kappa(g(0),T)>0 が存在し、流れは時刻 TT までのあらゆるスケール r<Tr<\sqrt T で κ\kappa-非崩壊である。

概略:もし tk→Tt_k\to T のときそのような球の列で rk−nVol(Bk)→0r_k^{-n}\mathrm{Vol}(B_k)\to 0 となるものがあれば、BkB_k 上に台を持つ切断試験関数を W\mathcal{W} に代入することで μ(g(tk),rk2)→−∞\mu(g(t_k),r_k^2)\to-\infty が強いられ、前のステップで証明した W\mathcal{W} の単調性から従う μ(g(tk),rk2)≥μ(g(0),tk+rk2)\mu(g(t_k),r_k^2)\ge\mu(g(0),t_k+r_k^2) に矛盾する。

これは Hamilton のプログラムに欠けていたまさにその要素を与える:一様な体積下界は、Hamilton のコンパクト性定理が必要とする単射半径の制御を与え、したがって任意の有限時間特異点でのブローアップ極限は実際に滑らかな古代解へと収束する——これが次のステップで分類される対象である。

このステップの用語
κ\kappa-非崩壊
スケール ρ\rho において、大きさが r−2r^{-2} 以下の曲率を持つ半径 r<ρr<\rho のすべての球が少なくとも体積 κrn\kappa r^n を持つという、体積に関する定量的な下界。これは、その尺度で多様体がより低い次元へ薄くなっていくことを排除する。
このステップで使う知識