Хиральный узел — Википедия

В теории узлов хиральный узел — это узел, который не эквивалентен своему зеркальному отражению. Ориентированный узел, эквивалентный своему зеркальному отражению, называется амфихиральным узлом или ахиральным узлом. Хиральность узла является инвариантом узла. Хиральность узлов можно далее классифицировать в зависимости от того, обратим он или нет.

Существует только 5 типов симметрий узлов, определяемых хиральностью и обратимостью — полностью хиральный, обратимый, положительно амфихиральный необратимый, отрицательно амфихиральный необратимый и полностью амфихиральный обратимый [1].

История вопроса

[править | править код]

Хиральность некоторых узлов давно подозревалась и доказана Максом Деном в 1914 году. П. Г. Тэт высказал гипотезу, что все амфихиральные узлы имеют чётное число пересечений, но Морвен Тислуэйт[англ.] в 1998 году нашёл контрпример[2]. Однако гипотеза Тэйта доказана для простых альтернированных узлов[3].

Число узлов каждого вида хиральности для каждого числа пересечений
Число пересечений 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 OEIS sequence
Хиральные узлы 1 0 2 2 7 16 49 152 552 2118 9988 46698 253292 1387166 N/A
Двусторонние узлы 1 0 2 2 7 16 47 125 365 1015 3069 8813 26712 78717 A051769
Полностью хиральные узлы 0 0 0 0 0 0 2 27 187 1103 6919 37885 226580 1308449 A051766
Амфихиральные узлы 0 1 0 1 0 5 0 13 0 58 0 274 1 1539 A052401
Положительно амфихиральные узлы 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 6 0 65 A051767
Отрицательно амфихиральные узлы 0 0 0 0 0 1 0 6 0 40 0 227 1 1361 A051768
Полностью амфихиральные узлы 0 1 0 1 0 4 0 7 0 17 0 41 0 113 A052400

Простейший хиральный узел — трилистник, хиральность которого показал Макс Ден. Все торические узлы хиральны. Многочлен Александера не может определить хиральность узла, а вот многочлен Джонса в некоторых случаях может. Если Vk(q) ≠ Vk(q−1), то узел хирален, однако обратное не обязательно верно. Многочлен HOMFLY ещё лучше распознаёт хиральность, но пока не известно полиномиального инварианта узла, который бы полностью определял хиральность[4].

Двусторонний узел

[править | править код]

Обратимый хиральный узел называется двусторонним[5]. Среди примеров двусторонних узлов — трилистник.

Полностью хиральный узел

[править | править код]

Если узел не эквивалентен ни своему обратному, ни своему зеркальному образу, он называется полностью хиральным, пример — узел 9 32[5].

Амфихиральный узел

[править | править код]
восьмёрка является простейшим амфихиральным узлом.

Амфихиральный узел — это узел, имеющий автогомеоморфизм α 3-сферы, который обращает ориентацию и фиксирует узел как множество.

Все амфихиральные альтернированные имеют чётное число пересечений. Первый амфихиральный узел с нечётным числом пересечений, а именно с 15 пересечениями, нашёл Хосте (Hoste) и др.[3]

Полная амфихиральность

[править | править код]

Если узел изотопен своему обратному и своему зеркальному образу, его называют полностью амфихиральным. Простейшим узлом с этим свойством является восьмёрка.

Положительная амфихиральность

[править | править код]

Если автогомеоморфизм α сохраняет ориентацию узла, говорят о положительной амфихиральности. Это эквивалентно изотопичности узла своему зеркальному отражению. Никакой из узлов с числом пересечений меньшим двенадцати не является положительно амфихиральным[5].

Отрицательная амфихиральность

[править | править код]
Первый отрицательно амфихиральный узел.

Если автогомеоморфизм α обращает ориентацию узла, говорят об отрицательной амфихиральности. Это эквивалентно изотопичности узла обратному зеркальному отражению. Узел с этим свойством с минимальным числом пересечением — это 817[5].

Примечания

[править | править код]
  1. Hoste, Thistlethwaite, Weeks, 1998, с. 33—48.
  2. Jablan, Slavik & Sazdanovic, Radmila. «History of Knot Theory and Certain Applications of Knots and Links Архивная копия от 20 августа 2011 на Wayback Machine», LinKnot.
  3. 1 2 Weisstein, Eric W. Amphichiral Knot (англ.) на сайте Wolfram MathWorld. Accessed: May 5, 2013.
  4. «Chirality of Knots 942 and 1071 and Chern-Simons Theory» by P. Ramadevi, T. R. Govindarajan, and R. K. Kaul. Дата обращения: 11 июня 2015. Архивировано 1 марта 2020 года.
  5. 1 2 3 4 Three Dimensional Invariants Архивная копия от 17 февраля 2020 на Wayback Machine Knot Atlas

Литература

[править | править код]
  • Jim Hoste, Morwen Thistlethwaite, Jeff Weeks. The first 1,701,936 knots // The Mathematical Intelligencer. — 1998. — Т. 20, вып. 4. — doi:10.1007/BF03025227. Архивировано 15 декабря 2013 года.