2.3 Temperatura Zero
Nesta seção discutimos rapidamente resultados sobre o comportamento dos objetos de interesse quando β vai para in nito, ou seja vamos estar interessados em descrever o que acontece com pressão, medidas de equilíbrio e autofunção quando a temperatura vai para zero.
Uma pergunta natural é saber o que acontece com as medidas µβf quando β tende a in nito.
Observe que no contexto não compacto se um potencial βf localmente Hölder contínuo de nido sobre um shift topologicamente mixing é positivamente recorrente, nada podemos dizer sobre ˜βf se
˜
β > β. De fato é o caso do Renewal shift, há potencias para os quais existe βc tal que para β < βc
βf é positivamente recorrente e portanto possui uma medida de equilíbrio, ao mesmo tempo que não existe medida de equilíbrio para qualquer β maior que βc, veja [Sar01].
O que ocorre no caso não compacto é que não somente a regularidade do potencial in uencia na termodinâmica, mas também seu comportamento no in nito, como coercividade, podem estar relacionados com o fenômeno de transição de fase.
Em nosso texto focamos no caso nitamente primitivo, assumindo que o potencial tem pressão nita e variação somável onde não ocorrem transições de fase e o problema de estudar a familia de medidas de equilíbrio µβf quando β → ∞ faz sentido.
A interpretação termodinâmica do parâmetro β é que este representa o inverso da temperatura de um sistema, enquanto as medidas µβf descrevem os equilíbrios do sistema à temperatura 1/β.
O limite quando β → ∞ é portanto o limite à temperatura zero.
Sabemos que no caso de uma única medida maximizante, µβf convergirá para essa medida.
No entanto, na situação quando existem várias medidas maximizantes só sabemos que µβf vai se
acumular em algum subconjunto não vazio de tais medidas.
Os resultados para temperatura zero concentram-se em entender a convergência ou não da sequência de medidas (µβf)β, propriedades das medidas limite e obtenção de princípios de grandes
desvios para esta família. Na questão de convergência os trabalhos de Brémont [Bré03] e Chazottes, Gambaudo e Ugalde [CGU11] mostram que tem convergência quando o potencial depende de um número nito de coordenadas. R. Leplaideur em [Lep05] mostra que µβf +g converge, donde f é
localmente constante e g é Hölder contínua. Todos esses resultados no contexto de shifts com um número nito de símbolos. Em [Kem11b] T. Kempton provou que para um potencial f dependendo de nitas coordenadas sobre um shift enumerável com a propriedade BIP, µβf converge quando
β → ∞. Recentemente esse resultado foi estendido para shifts topologicamente mixing satisfazendo a condição Pi∈Nesup f |[i] < ∞(veja [VJ15]).
Por outro lado, são conhecidos exemplos de potencias Hölder contínuos(necessariamente de- pendendo de in nitas coordenadas) para os quais µβf não converge quando β → ∞ ([CH10]). De
fato, Ruszel e van Enter em [vEW07] mostraram que no caso de spin compacto mas contínuo (S1)
a sequência pode divergir mesmo o potencial dependendo de um número nito de símbolos (veja [BCL+11] para um review sobre este teorema). Usando estas ideias recentemente [CR14] construí-
ram potenciais Lipschitz tais que (µβf) não converge quando β → ∞, em shifts com um número
nito de símbolos.
Em [JMU05] O. Jenkinson, R.D. Mauldin e M. Urba«ski provaram existência de pontos de acumulação da família de estados de equilíbrio (µβf)β associados ao potential f Hölder contínuo
sobre um shift de Markov enumerável com a propriedades BIP. Além disso, mostraram que cada ponto de acumulação é uma medida maximizante para o potencial f. Para de nirmos o que é uma medida maximizante precisamos do seguinte conceito:
De nição 14. Se o potencial f ∈ C0(Σ
A(N)) é limitado superiormente, de nimos o valor maxi-
mizante por
m(f ) = sup
µ∈Mσ(ΣA(N))
Z f dµ.
Qualquer probabilidade σ-invariante atingindo este supremo é chamada maximizante (ou f- maximizante). Denota-se o conjunto de todas as medidas f-maximizantes por Mmax(f ).
No caso de um shift compacto e topologicamente mixing e um um potencial f com variação somável, é sabido que qualquer ponto de acumulação (na topologia fraca*) da família de estados de equilíbrio (µβf)β quando β → ∞ é uma probabilidade f-maximizante.
Com efeito, seja ν ∈ Mσ(ΣA(n)) β Z f dν ≤ h(ν) + β Z f dν ≤ h(µβf) + β Z f dµβf ≤ htop(σ) + β Z f dµβf (2.20)
se µ é ponto de acumulação, então R fdν ≤ R fdµ ∀ν ∈ Mσ(ΣA(n)).
Note que a existência de medidas maximizantes para o caso de um shift com um número nito de símbolos é consequência da compacidade de Mσ(ΣA(n))e a continuidade do mapa ν → R fdν.
Observe também, que na equação (2.20) foi fundamental o fato que htop(σ) é nita. No caso não
compacto o argumento é mais elaborado, usa o Teorema de Prohorov, citamos aqui o resultado de O Jenkinson, R.D Mauldin e M. Urba«ski [JMU06]:
Teorema 9. Sejam (ΣA(N), σ) um shift nitamente primitivo e f um potencial com variação
somável e satisfazendo Pi∈Nexp(sup f |[i]) < ∞. Então a familia de estados Gibbs (µβf)β tem pelo
menos um ponto de acumulação na topologia fraca* quando β → ∞ e qualquer ponto de acumulação µ é uma medida maximizante.
Corolário 2. Seja ΣA(N) nitamente primitivo, f com variação somável e P (f ) < ∞. Suponha
ademais que existe uma única medida maximizante µ. Então µβ → µ na topologia fraca*.
Demonstração. Suponha que µβ não converge para µ. Então existe 0> 0 tais que
d(µβ, µ)1≥ 0 ∀β > 0. (2.21)
Agora, usando que a sequência (µβf)β>0 é rígida (teorema acima) existe uma subsequência (µβj)j
convergente, pelo teorema acima teríamos que µβj → µo qual contradiz (2.21).
I. Morris provou em [Mor] que qualquer ponto de acumulação de (µβf)β tem entropia maximal
entre as medidas maximizantes. Mais precisamente:
Teorema 10. Assuma (ΣA(N), σ) nitamente primitivo e seja f : ΣA(N) → R com variação
somável e P (f) < ∞. Para cada β > 1 seja µβf ó único estado Gibbs-equilíbrio associado a βf, e
seja µ qualquer ponto de acumulação de µβf. Então
1. h(µ) = lim
β→∞P (βf − βm(f )) = limβ→∞h(µβf) =ν∈Msupmax(f )h(ν).
2. lim
β→∞ 1
βP (βf ) = m(f ).
Além disso, Morris provou que existe um alfabeto A ⊂ N nito tal que para qualquer ponto de acumulação µ de (µβf)β temos que supp(µ) ⊂ ΣA(A). Ademais, esse mesmo resultado foi obtido
para medidas maximizantes para potenciais coercivos para shifts BIP e transitivos respectivamente em [RG10,RJ14]. Ou seja, se o potencial é coercivo eles provaram a existência da medida maximi- zante e também que o suporte de qualquer maximizante está contido em um subshift compacto.
Sendo assim é natural investigar o comportamento de µβ[x0. . . xn−1]quando β → ∞.
Pelos resultados acima, sabemos que se x0, . . . , xn−1 foram grandes o su ciente e o potencial f
for coercivo então lim
β→∞µβ[x0. . . xn−1] = 0.
1Como Σ
A(N) é separável, de nimos a seguinte métrica d(µ, ν) := inf{α > 0 : µ(A) ≤ ν(Aα) + α e ν(A) ≤
µ(Aα) + α ∀A ∈ B(ΣA(N))} (métrica de Levy-Prohorov). A topologia induzida por esta métrica coincide com a
2.3 TEMPERATURA ZERO 21
Queremos estudar: o possível limite lim
β→∞
1
β log µβ[x0. . . xn−1].
Ou seja, gostaríamos de descrever o comportamento da forma µβ[x0. . . xn−1] ∼= e−βI, onde a função
I seria a velocidade na qual a sequência de medidas está convergindo. Uma das di culdades em geral é achar a função taxa I. Neste trabalho usaremos argumentos de Otimização Ergódica para achar a função I, estendendo o resultado de A. Baraviera, A. Lopes e P. Thieullen [BLT06] que determinaram a função taxa no caso de um shift com um alfabeto nito .