Eigenschaft R

Eigenschaft R ist eine Eigenschaft von Knoten, die nach Gabai's Property R Theorem (vormals Property R conjecture) allen Knoten zukommt und die besagt, dass 0-Chirurgie an einem Knoten nur für den Unknoten $S^{2}\times S^{1}$ ergibt. Diese Eigenschaft ist in der niedrig-dimensionalen Topologie von Bedeutung, unter anderem bei der Berechnung von Seiberg-Witten-Floer-Homologie- und Heegaard-Floer-Homologie-Gruppen.

Unknoten

Motivation

Dehn-Chirurgie ist ein auf Max Dehn zurückgehendes Verfahren zur Konstruktion 3-dimensionaler Mannigfaltigkeiten, indem aus der 3-dimensionalen Sphäre ein Knoten (oder eine aus mehreren Knoten bestehende Verschlingung) herausgebohrt und anders wieder eingeklebt wird. Nach dem Satz von Lickorish-Wallace erhält man jede geschlossene 3-Mannigfaltigkeit durch Dehn-Chirurgie an einer geeigneten Verschlingung.

Im Allgemeinen kann man ein und dieselbe 3-Mannigfaltigkeit auf unterschiedliche Weisen durch Dehn-Chirurgien an unterschiedlichen Verschlingungen konstruieren. Zum Beispiel liefert die "triviale" $\infty$-Chirurgie an einer beliebigen Verschlingung stets wieder die 3-Sphäre.

Dagegen kann man die Mannigfaltigkeit $S^{2}\times S^{1}$ nur auf eine Weise durch 0-Chirurgie an einem Knoten konstruieren, nämlich durch die 0-Chirurgie am Unknoten. Diese Tatsache wird als Eigenschaft R bezeichnet, sie wurde ursprünglich 1974 von Valentin Poénaru vermutet und 1987 von Gabai bewiesen. Sie impliziert einige von Poénaru aufgestellte Vermutungen über 3- und 4-Mannigfaltigkeiten.

Gabai's Property R Theorem

Sei $K\subset S^{3}$ ein Knoten und $M_{K}(0)$ die durch Dehn-Chirurgie am Knoten $K$ mit Koeffizienten 0 (kurz: 0-Chirurgie) erhaltene 3-Mannigfaltigkeit.

Wenn $K$ nicht der Unknoten ist, dann ist $M_{K}(0)$ nicht homöomorph zu $S^{2}\times S^{1}$.

Beweisstrategie

Gabai beweist, dass es eine straffe Blätterung des Knotenkomplements gibt, die den Randtorus in Longituden schneidet. In der durch 0-Chirurgie erhaltenen 3-Mannigfaltigkeit $M_{K}(0)$ beranden diese Longituden disjunkte Kreisscheiben, man erhält also eine straffe Blätterung von $M_{K}(0)$. Mit dem Satz von Novikov folgt daraus die Irreduzibilität von $M_{K}(0)$, insbesondere ist $M_{K}(0)\not =S^{2}\times S^{1}$.

Andere Beweise stammen von Gordon-Luecke und Parry.

Verallgemeinerung

Sei $K\subset S^{3}$ ein Knoten und $M_{K}(r)$ die durch Dehn-Chirurgie am Knoten $K$ mit Koeffizienten $r\in \mathbb {Q}$ erhaltene 3-Mannigfaltigkeit.

Wenn $K$ nicht der Unknoten $U$ ist, dann ist $M_{K}(r)$ nicht orientierungserhaltend homöomorph zu $M_{U}(r)$.

Siehe auch

• Eigenschaft P

Literatur

• Kapitel 7.4 in Jennifer Schultens: Introduction to 3-manifolds. Graduate Studies in Mathematics, 151. American Mathematical Society, Providence, RI, 2014. ISBN 978-1-4704-1020-9