Moduli Spaces of Algebraic Curves and Riemann Surfaces

Riemann 面や代数曲線の moduli space は, 様々な分野と関連している。 数理物理との関連も重要である。教科書としては, Harris と Morrison の本 [HM98] がある。 楕円曲線の moduli space については, Hain の講義ノート [Hai11] がある。

Kimura, Stasheff, Voronov の [KSV95] で示されているように, 適当な compactification が operad の構造を持つ場合もある。

Riemann 面の moduli space の 胞体分割については, Salvatore の [Sal22] では Mondello の [Mon09] が参照されている。 そこに書かれているのは, Harer, Penner, Thurston による quadratic differential や hyperbolic metric を用いたものであるが, Salvatore によると別のアプローチとして meromorphic differential を用いた Giddings と Wolpert のもの [GW87] があり, 異なる胞体分割を与えるようである。

Riemann 面の moduli 空間については, まず Teichmüller空間 は知っておくべきだろう。

代数曲線の moduli 空間の compactification として有名なのは, Deligne-Mumford compactification [DM69] である。

  • Deligne-Mumford compactification

種数 \(0\) の \(n\) 点のマークを持つ代数曲線の moduli 空間の Deligne-Mumford compactification \(\overline {\mathcal {M}_{0,n}}\) は, かなりよく研究されている。

一般の genus の moduli space \(\mathcal {M}_{g,n}\) の研究としては, Kontsevich [Kon92; Kon93; Kon94] (とWitten [Wit91]) のものがある。Hamilton の [Ham10] の Introduction が分かりやすい。また Charney と Lee の [CL84] もある。

  • \(\mathcal {M}_{g,n}\) は, ribbon graph で index された orbi-cell complex の構造を持つ
  • \(\mathcal {M}_{g,n}\) のホモロジーは, ある種の differential graded Lie algebra の Chevalley-Eilenberg homology と同型になる
  • Kontsevich による \(\mathcal {M}_{g,n}\) の compactification [Kon92]
  • \(\mathcal {M}_{g,n}\) の Kontsevich compactification の homology についての Kontsevich の結果の類似 [Ham10]
  • Charney-Lee の category [CL84]
  • Charney-Lee の category の 分類空間は, Deligne-Mumford compactification と homotopy同値 ([EG08])

Kontsevich は [Kon92] で, moduli space の二つの体積の比を計算している。その値は [CMS11] で Kontsevich constant と呼ばれている。 また, Kontsevich は, ribbon graph の moduli space との関係を用いている。

Moduli space の体積については, recursion formula が得られている。 Mirzakhani の [Mir07a; Mir07b]や Eynard と Orantin の [EO07; EO] など。Mulase と Safnuk の [MS08] にも解説がある。また ribbon graph の moduli space を用いても recursion formula が得られる。Chapman, Mulase, Safnuk の [CMS11] を見るとよい。また, quantum gravity からの motivation, よって KdV hierarchy などとの関係については, Kontsevich の [Kon92] の §1 が分かりやすい。

Grothendieck によると, moduli space は groupoid, あるいは stack と見るのが正しいらしい。 対象となる空間達を object とし, その間の isomorphism を morphism とする groupoid である。 Ebert と Giansiracusa は, [EG11] で stack に対し Pontrjagin-Thom construction と呼ぶべき構成を定義し, stable curve の moduli stack のホモロジーを調べている。

ホモトピー論への応用としては, elliptic curve の上の moduli stack の chromatic stable homotopy theory への応用がある。Behrens は [Beh06] で \(p=3\) での \(K(2)\)-localized sphere を調べるために用いている。

References

[Beh06]

Mark Behrens. “A modular description of the \(K(2)\)-local sphere at the prime 3”. In: Topology 45.2 (2006), pp. 343–402. arXiv: math/0507184. url: http://dx.doi.org/10.1016/j.top.2005.08.005.

[CL84]

Ruth Charney and Ronnie Lee. “Moduli space of stable curves from a homotopy viewpoint”. In: J. Differential Geom. 20.1 (1984), pp. 185–235. url: http://projecteuclid.org/euclid.jdg/1214438997.

[CMS11]

Kevin M. Chapman, Motohico Mulase, and Brad Safnuk. “The Kontsevich constants for the volume of the moduli of curves and topological recursion”. In: Commun. Number Theory Phys. 5.3 (2011), pp. 643–698. arXiv: 1009.2055. url: https://doi.org/10.4310/CNTP.2011.v5.n3.a3.

[DM69]

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[EG08]

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[EG11]

Johannes Ebert and Jeffrey Giansiracusa. “Pontrjagin-Thom maps and the homology of the moduli stack of stable curves”. In: Math. Ann. 349.3 (2011), pp. 543–575. arXiv: 0712.0702. url: https://doi.org/10.1007/s00208-010-0518-2.

[EO]

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[EO07]

B. Eynard and N. Orantin. “Invariants of algebraic curves and topological expansion”. In: Commun. Number Theory Phys. 1.2 (2007), pp. 347–452. arXiv: math-ph/0702045. url: https://doi.org/10.4310/CNTP.2007.v1.n2.a4.

[GW87]

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[Hai11]

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[Ham10]

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[HM98]

Joe Harris and Ian Morrison. Moduli of curves. Vol. 187. Graduate Texts in Mathematics. Springer-Verlag, New York, 1998, pp. xiv+366. isbn: 0-387-98438-0; 0-387-98429-1.

[Kon92]

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[Kon93]

Maxim Kontsevich. “Formal (non)commutative symplectic geometry”. In: The Gel\('\) fand Mathematical Seminars, 1990–1992. Boston, MA: Birkhäuser Boston, 1993, pp. 173–187.

[Kon94]

Maxim Kontsevich. “Feynman diagrams and low-dimensional topology”. In: First European Congress of Mathematics, Vol. II (Paris, 1992). Vol. 120. Progr. Math. Basel: Birkhäuser, 1994, pp. 97–121.

[KSV95]

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[Mir07a]

Maryam Mirzakhani. “Simple geodesics and Weil-Petersson volumes of moduli spaces of bordered Riemann surfaces”. In: Invent. Math. 167.1 (2007), pp. 179–222. url: http://dx.doi.org/10.1007/s00222-006-0013-2.

[Mir07b]

Maryam Mirzakhani. “Weil-Petersson volumes and intersection theory on the moduli space of curves”. In: J. Amer. Math. Soc. 20.1 (2007), 1–23 (electronic). url: http://dx.doi.org/10.1090/S0894-0347-06-00526-1.

[Mon09]

Gabriele Mondello. “Riemann surfaces, ribbon graphs and combinatorial classes”. In: Handbook of Teichmüller theory. Vol. II. Vol. 13. IRMA Lect. Math. Theor. Phys. Eur. Math. Soc., Zürich, 2009, pp. 151–215. arXiv: 0705.1792. url: https://doi.org/10.4171/055-1/6.

[MS08]

Motohico Mulase and Brad Safnuk. “Mirzakhani’s recursion relations, Virasoro constraints and the KdV hierarchy”. In: Indian J. Math. 50.1 (2008), pp. 189–218. arXiv: math/0601194.

[Sal22]

Paolo Salvatore. “A cell decomposition of the Fulton MacPherson operad”. In: J. Topol. 15.2 (2022), pp. 443–504. arXiv: 1906.07694. url: https://doi.org/10.1112/topo.12224.

[Wit91]

Edward Witten. “Two-dimensional gravity and intersection theory on moduli space”. In: Surveys in differential geometry (Cambridge, MA, 1990). Bethlehem, PA: Lehigh Univ., 1991, pp. 243–310.