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数学 > 偏微分方程分析

arXiv:2311.14560 (math)
[提交于 2023年11月24日 ]

标题: 吸引性对数气体:稳定性、唯一性和混沌传播

标题: The attractive log gas: stability, uniqueness, and propagation of chaos

Authors:Antonin Chodron de Courcel, Matthew Rosenzweig, Sylvia Serfaty
摘要: 我们考虑在环面$\mathbb{T}^\mathsf{d}$上吸引性对数气体的过阻尼朗之万动力学,对于$\mathsf{d}\geq 1$。 在维度$\mathsf{d}=2$中,该模型与趋化作用的抛物-椭圆型 Patlak-Keller-Segel 模型的周期版本一致。 吸引性对数气体(在我们的单位选择下)众所周知具有临界逆温度$\beta_{\mathrm{c}}={2\mathsf{d}}$,对应于自由能从下方有界的时刻。 此外,众所周知,均匀分布无论温度如何总是稳态。 我们明确识别出另一个温度阈值$\beta_{\mathrm{s}}$,它严格对应于均匀分布的非线性稳定性。 我们证明当$\beta>\beta_{\mathrm{s}}$时,均匀分布不使自由能最小化,并且是非线性不稳定的,而当$\beta<\beta_{\mathrm{s}}$时,它是稳定的。 我们还证明了存在$\beta_{\mathrm{u}}$,对于该$\beta<\beta_{\mathrm{u}}$,平衡点的唯一性成立。 我们为一系列$\beta<\beta_{\mathrm{s}}$建立了一个随时间一致的熵传播混沌速率。 据我们所知,这是针对奇异吸引相互作用的第一个此类结果,并正面回答了 Bresch 等人提出的问题。 arXiv:2011.08022。 收敛的证明是通过调制自由能方法进行的,依赖于调制对数 Hardy-Littlewood-Sobolev(mLHLS)不等式。 与 Bresch 等人不同,我们证明了这种不等式在不截断势函数的情况下仍然成立——避免截断对于得到随时间一致的结果至关重要——对于足够小的$\beta$成立,并在$\beta>\beta_{\mathrm{s}}$时提供了 mLHLS 不等式的反例。 作为副产品,我们证明如果$\beta>\beta_{\mathrm{s}}$,则不可能有传播混沌的随时间一致速率。
摘要: We consider overdamped Langevin dynamics for the attractive log gas on the torus $\mathbb{T}^\mathsf{d}$, for $\mathsf{d}\geq 1$. In dimension $\mathsf{d}=2$, this model coincides with a periodic version of the parabolic-elliptic Patlak-Keller-Segel model of chemotaxis. The attractive log gas (for our choice of units) is well-known to have a critical inverse temperature $\beta_{\mathrm{c}}={2\mathsf{d}}$ corresponding to when the free energy is bounded from below. Moreover, it is well-known that the uniform distribution is always a stationary state regardless of the temperature. We identify another temperature threshold $\beta_{\mathrm{s}}$ sharply corresponding to the nonlinear stability of the uniform distribution. We show that for $\beta>\beta_{\mathrm{s}}$, the uniform distribution does not minimize the free energy and moreover is nonlinearly unstable, while for $\beta<\beta_{\mathrm{s}}$, it is stable. We also show that there exists $\beta_{\mathrm{u}}$ for which uniqueness of equilibria holds for $\beta<\beta_{\mathrm{u}}$. We establish a uniform-in-time rate for entropic propagation of chaos for a range of $\beta<\beta_{\mathrm{s}}$. To our knowledge, this is the first such result for singular attractive interactions and affirmatively answers a question of Bresch et al. arXiv:2011.08022. The proof of the convergence is through the modulated free energy method, relying on a modulated logarithmic Hardy-Littlewood-Sobolev (mLHLS) inequality. Unlike Bresch et al., we show that such an inequality holds without truncation of the potential -- the avoidance of the truncation being essential to a uniform-in-time result -- for sufficiently small $\beta$ and provide a counterexample to the mLHLS inequality when $\beta>\beta_{\mathrm{s}}$. As a byproduct, we show that it is impossible to have a uniform-in-time rate of propagation of chaos if $\beta>\beta_{\mathrm{s}}$.
评论: 69页
主题: 偏微分方程分析 (math.AP) ; 数学物理 (math-ph); 概率 (math.PR)
MSC 类: 35Q70, 35Q82, 82C22, 82C40, 82C31, 35Q92, 94A17, 39B62
引用方式: arXiv:2311.14560 [math.AP]
  (或者 arXiv:2311.14560v1 [math.AP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.14560
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来自: Matthew Rosenzweig [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2023 年 11 月 24 日 15:48:10 UTC (81 KB)
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