鍵滲流與位滲流(bond and site percolation)
滲流是隨機多孔介質最簡單的模型,也是機率中觀察相變發生最乾淨的場所。想像整數格 Z^d,格點(位)在整數座標處,鍵(邊)連接最近鄰。我們讓介質隨機化的方式有二:要嘛讓每條鍵獨立地以機率 p 保持開放(以機率 1-p 關閉)——這是鍵滲流;要嘛讓每個位以機率 p 保持開放——這是位滲流。根本問題是:在原點注入的流體能否流到任意遠處?也就是說,幾乎必然地是否存在一個由開放元素構成的無限連通區域?
形式上,固定維度 d >= 2 與參數 p 屬於 [0,1]。鍵滲流的機率空間是 {0,1}^E,其中 E 是 Z^d 的邊集,配以乘積伯努利(p)測度 P_p;一個組態 omega 對每條邊 e 獨立地賦予值 omega(e) = 1(開)或 0(閉)。位滲流則改用頂點上的 {0,1}^V。若兩個開放位之間存在一條僅用開放鍵的路徑(鍵滲流)或僅經過開放位的路徑(位滲流),則稱它們連通。頂點 x 的開放叢集 C(x) 是所有與 x 連通的頂點集合。整個理論研究這些隨機叢集的幾何如何隨 p 變化,尤其是在某個臨界值 p_c 處幾何如何突變。
兩個版本是近親但不相同:任何鍵模型都可重新編碼為相關圖(覆蓋圖或線圖)上的位模型,因此位滲流在某種意義上更一般,但 Z^d 上的鍵滲流通常較易計算。它們的臨界值不同——例如由凱斯滕(Kesten)定理,Z^2 上 p_c(鍵) = 1/2,而 Z^2 上 p_c(位) 約為 0.5927 且無封閉形式。深刻之處在於:定性圖像——一個將「無無限叢集」相與「有無限叢集」相截然分開的尖銳閾值——對兩者、對各種格、對各維度都是普適的,即使精確的數值 p_c 依賴於格,而且幾乎總是無顯式表達。
在 Z^2 鍵滲流中,於 p = 0.4 模擬:叢集是小島,原點的叢集通常只有寥寥幾條邊。在 p = 0.6 時,單一開放叢集蜿蜒貫穿整幅圖並觸及每個邊界。恰在 p = 0.5 時,叢集呈無標度、碎形外觀,沒有特徵尺寸——這正是臨界性的標誌。
同一模型在三個 p 值:次臨界(小叢集)、臨界(碎形)、超臨界(無限叢集)。
邊(或位)之間的獨立性是定義性假設——正是它讓伯努利滲流可處理。具相依性的模型(如伊辛/波茨自旋背後的 FK 隨機叢集模型)確實更難且行為不同,儘管它們共用連通性的語言。