吉布斯測度與 DLR 方程(the Gibbs measure and the DLR equations)
/ DLR = Dobrushin-Lanford-Ruelle; Dobrushin: do-BROO-shin; Ruelle: roo-ELL /
在有限系統上,吉布斯(波茲曼)測度很簡單:以 e^(-beta H) 為每個組態加權再正規化。但統計力學活在無限體積(熱力學)極限中,那裡能量 H 是無窮和、配分函數發散,故天真的公式毫無意義。多布魯申-蘭福德-呂埃(Dobrushin-Lanford-Ruelle,DLR)方程是無限體積吉布斯測度的正確定義——也是讓相變精確地成為「同一交互作用存在多於一個此種測度」的框架。
DLR 進路不要求一個全域的波茲曼公式,而是一致地指定所有條件分布。固定一個交互作用(一族局部能量項)。對每個有限區域 Lambda,這定義一個有限體積條件測度:給定 Lambda 之外的組態(邊界條件),Lambda 內的組態服從由觸及 Lambda 之鍵的能量所決定的波茲曼分布 gamma_Lambda。無限組態空間上的機率測度 mu 是該交互作用的吉布斯測度,若它在每個有限 Lambda 上、給定外部時的條件分布恰等於這個規範 gamma_Lambda——亦即 mu 與族 { gamma_Lambda } 一致。這些一致性關係就是 DLR 方程。所有此種 mu 構成一個凸集;其極點是純相,而一般的吉布斯測度是純相的混合(由舒凱 Choquet 理論,對極點取積分)。吉布斯測度的唯一性意味邊界條件在無限體積極限中被遺忘(唯一相);非唯一性——兩個或更多吉布斯測度——正是一階相變/相共存的嚴謹定義。
這個抽象是平衡統計力學的現代語言,涵蓋伊辛模型(其 + 與 - 態在 beta_c 以下是兩個相異的吉布斯測度,故自發對稱破缺),並連到遍歷理論(極端吉布斯測度恰是那些具平凡尾 sigma-代數者)。誠實的微妙處是真實的:至少存在一個吉布斯測度並非自動,但在緊性/準局部性條件下成立;唯一性可由多布魯申唯一性條件(對交互作用的微小性判準)在高溫保證,但在 d >= 2 的低溫失效——該失效「就是」相變。而在 d = 1 且有限程交互作用下,吉布斯測度恆唯一,這正是一維系統不展現相變的嚴謹原因。
對 beta_c 以下的二維伊辛模型,以全正與全負邊界條件取無限體積極限:它們產生兩個相異的吉布斯測度 mu+ 與 mu-(磁化各為 +m* 與 -m*),兩者皆滿足同一組 DLR 方程。它們作為不同解的存在正是相共存。在 beta_c 以上,兩種邊界條件給出同一個唯一的吉布斯測度——無相變。
DLR 解的非唯一性 = 相共存;beta_c 以下伊辛的 + 與 - 態是模型範例。
相變嚴格而言是「同一交互作用存在多於一個吉布斯測度」——而非單一測度的奇異性。在 d = 1 且有限程交互作用下吉布斯測度恆唯一,這正是真正的一維相變不發生的原因。