Вероятность пробоя на треугольной решетке — и при чем тут дискретный комплексный анализ

Виктор Клепцын

Часть 0

Часть 1

Часть 2

Часть 3

Часть 4

Рассмотрим прямоугольник, составленный из маленьких правильных шестиугольных плиток. Подкинем для каждой из этих плиток монетку, и, если выпадет орел, объявим ее открытой, а иначе закрытой. С какой (примерно) вероятностью от левого края прямоугольника до правого можно дойти путем, проходящим только по открытым плиткам?

Этим и многими другими схожими вопросами занимается теория протекания — историю которой принято отсчитывать с работы 1957 года, в которой Хаммерсли и Броадбент изучали прохождение газа через угольный фильтр противогаза для шахтеров.

Ответ на вопрос о вероятности пробоя дается (на первый взгляд пугающей) формулой Карди, предсказанной им в 1991 г. из соображений конформной теории поля. Строго эта формула — в гораздо более приятно выглядящей переформулировке Л. Карлесона — была доказана лишь десять лет спустя С. К. Смирновым в его работах 2001-го года (одних из тех, за которые в 2010-м он получил премию Филдса).

В нашем курсе мы, хоть и не в деталях, обсудим доказательство этой формулы — опирающееся на такую удивительную вещь, как дискретный комплексный анализ. Начальную часть последнего мы сначала построим, а затем ею воспользуемся; интересно, что некоторые утверждения в дискретном анализе доказываются проще, чем их непрерывные аналоги.

Наконец, мы обсудим описание формы границы связной компоненты (точнее, границы между двумя большими связными компонентами открытых и закрытых плиток). Оказывается, что такие границы ведут себя, как фракталы — в частности, в прямоугольнике с размерами порядка $N$ путь пробоя, скорее всего, будет состоять из примерно (по порядку роста) $N^{4/3}$ плиток. Вопрос о поведении границы — дорога, ведущая к уравнению эволюции Шрамма–Левнера, при разных параметрах (доказано или гипотетически) описывающему случайные пути во многих задачах: блуждания со стиранием петель, двойных димеров, границы между областями для критического намагничивания, и многих других.

Для понимания курса должно быть достаточно хорошего знакомства с комплексными числами, и интуитивного понимания теории вероятностей. Я надеюсь сделать этот курс полностью доступным студентам и интересующимся одиннадцатиклассникам.

Программа курса:

Задача пробоя на решетке (фильтр противогаза, описание эпидемии в роще); критическая вероятность.
Двойственность и теорема Харриса, размеры кластеров.
Конформные отображения; универсальность и конформная инвариантность ответа в задаче пробоя.
Дискретный комплексный анализ.
Задача Дирихле: распределение температуры и форма мыльной пленки.
Доказательство формулы Карди для треугольной решетки.
Вопрос о форме границы и уравнение Шрамма—Левнера.

Клепцын Виктор Алексеевич

Летняя школа «Современная математика», г. Дубна
20-27 июля 2015 г.

Комментарии: 0

Похожее

Новый дискретный вариант комплексного анализа

Сергей Новиков

В совместной работе с И. Дынниковым мы предложили дискретный вариант комплексного анализа, который стартует с решётки правильных треугольников на плоскости. Нам представляется, что этот подход лучше обычного подхода, использующего квадратную решётку.
Детерминантные процессы

Александр Буфетов, Александр Комлов

Рассмотрим конечный связный граф. Сколько в нем остовных деревьев — деревьев, содержащих все вершины графа? А какая их доля содержит данный набор ребер? Цель нашего курса — дать элементарное введение в теорию детерминантных процессов. Мы планируем обсудить недавние достижения и сформулировать нерешенные проблемы. Программа занятий: детерминанты и пфаффианы; остовные деревья; случайные матрицы; мультипликативные функционалы.
Римановы поверхности и модулярные формы

Владимир Успенский

Курс посвящен римановым поверхностям, модулярным формам и некоторым их приложениям. Эти фундаментальные понятия, играющие важную роль в самых разных разделах математики, можно определить при помощи верхней полуплоскости – множества комплексных чисел с положительной мнимой частью, – которую мы будем рассматривать как модель Пуанкаре плоскости Лобачевского. Соответствующие определения будут даны в курсе.
Квадратичные иррациональные числа, их цепные дроби и их палиндромы

Владимир Арнольд

Ж. Л. Лагранж доказал, что последовательность неполных частных (начиная с некоторого места) периодична, если и только если число x — квадратичная иррациональность. Р. О. Кузьмин доказал, что в последовательности неполных частных почти любого вещественного числа доля d_m равных m неполных частных одинакова (для типичных вещественных чисел). Доля d_m убывает при m→∞ как 1/m^2 и её величина была предсказана Гауссом (ничего не доказавшим). В. И. Арнольда высказал (лет 20 назад) гипотезу, что статистика Гаусса–Кузьмина d_m выполняется также для периодов цепных дробей корней квадратных уравнений x^2+px+q=0 (с целыми p и q): если выписать вместе неполные частные, составляющие периоды всех цепных дробей корней таких уравнений с p^2+q^2≤R^2, то доля неполного частного m среди них будет стремиться к числу d_m при R→∞. В. А. Быковский со своими хабаровскими учениками доказали недавно эту давнюю гипотезу. Несмотря на это, вопрос о статистике не букв, а составленных из них слов [a_k+1, a_k+2,…, a_k+T], которые являются периодами цепных дробей каких-либо корней x уравнений x^2+px+q=0 далеко не решён.
Динамические системы и бифуркации

Виктор Клепцын

Лекцию читает Клепцын Виктор Алексеевич. Летняя школа «Современная математика», г. Дубна. 29 июля 2017 г.
Дискретный анализ и геометрия

Сергей Новиков

Лекцию читает Новиков Сергей Петрович, академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор. Летняя школа «Современная математика», г. Дубна. 20 июля 2003 г.
Проблемы Гильберта

Виктор Клепцын

8 августа 1900 года Давид Гильберт сделал на Втором Математическом конгрессе доклад, представив слушателям ставший с тех пор знаменитым список проблем столетия. За прошедшие сто с лишним лет большая их часть была решена – и, что важнее, в ходе их решения появились новые сюжеты и новое понимание. Я собираюсь затронуть несколько из них и обсудить, в каком контексте они формулировались и куда продвинулось наше понимание за эти сто лет. Этот курс предполагается обзорным и адресованным школьникам (в частности, он не предполагает предварительных сведений).
Эйлерова характеристика

Юрий Бурман

Число В вершин, число Р ребер и число Г граней выпуклого многогранника связаны соотношением В−Р+Г=2. Легко сообразить, что это широко известное утверждение не имеет прямого отношения к выпуклости: если на боку выпуклого многогранника сделать вмятину, то он перестанет быть выпуклым, а количество вершин, ребер и граней сохранится. В то же время для совершенно произвольного многогранника теорема неверна. В данном курсе мы выясним, в каких именно случаях эти утверждения верны и почему на самом деле это — одна и та же теорема. Также мы разберемся, как выглядят аналогичные утверждения для других поверхностей, и не только для поверхностей (а, например, для графов или для многомерной сферы).
Рациональные приближения действительных чисел

Виктор Клепцын

Действительное число можно сколь угодно точно приблизить рациональными. А насколько хорошим может быть такое приближение – в сравнении с его сложностью? Например, оборвав десятичную запись числа x на k-й цифре после запятой, мы получим приближение x≈a/10^k с ошибкой порядка 1/10^k. И вообще, зафиксировав знаменатель q у приближающей дроби, мы точно можем получить приближение с ошибкой порядка 1/q. А можно ли сделать лучше? Знакомое всем приближение π≈22/7 даёт ошибку порядка 1/1000 – то есть явно сильно лучше, чем можно было бы ожидать. А почему? Повезло ли нам, что у π такое приближение есть? Оказывается, что для любого иррационального числа есть бесконечно много дробей p/q, приближающих его лучше, чем 1/q^2. Это утверждает теорема Дирихле – и мы начнём курс с её немного нестандартного доказательства.
Знаменитые многогранники

Гаянэ Панина

Некоторые комбинаторные схемы дают на выходе интересные выпуклые многогранники, имеющие отношение много к чему из современной математики. Перестановки дают пермутоэдр (перестановочный многогранник). Где он может пригодиться? (Конфигурационное пространство шарнирного многоугольника). Скобочные последовательности дают ассоциэдр (многогранник Сташефа). Зачем он нужен? («Чудесная» компактификация де Кончини–Прочезе.) Вторичный многогранник (secondary polytope Гельфанда–Капранова–Зелевинского) связан с совершенно иной комбинаторной схемой, и при этом обобщает предыдущие примеры.

Далее >>>

∀ x, y, z

Вероятность пробоя на треугольной решетке — и при чем тут дискретный комплексный анализ

Виктор Клепцын

Теги

Похожее