Парадокс Смейла

Парадокс Смейла. Одна з проміжних конфігурацій, Поверхня Моріна

Парадокс Смейла — твердження у диференціальній топології, що сферу в тривимірному просторі можна вивернути навиворіт в класі занурень, тобто з можливими самоперетинами, але без перегібів. Іншими словами, образ сфери у кожним момент деформації мусить залишатися гладким, тобто диференційовним.

Парадокс Смейла — це зовсім не логічний парадокс, це теорема, проте вельми контрінтуїтивна. Точніше:

Нехай $f\colon S^2\to\R^3$ є стандартне вкладення сфери у тривимірний простір. Тоді існує неперервне однопараметричне сімейство гладких занурень $f_t\colon S^2\to\R^3,\ \ t\in [0,1]$, таке, що $f_0=f$ і $f_1=-f$.

Досить тяжко уявити конкретний приклад такого сімейства занурень, хоча існує багато ілюстрацій та фільмів. З іншого боку, значно простіше довести, що таке сімейство існує. Це і зробив Смейл.

Література

• Smale, Stephen A classification of immersions of the two-sphere. Trans. Amer. Math. Soc. 90 1958 281–290.
• Франсис, Дж. Книжка с картинками по топологии, как рисовать математические картинки. Москва: Мир, 1991. Глава 6. Выворачивания сферы наизнанку.