„Kokios yra vingiuoto pobūdžio strategijos, užtikrinančios sudėtingų tinklų stabilumą?

Šis klausimas, šioje srityje žinomas kaip įvairovės ir stabilumo paradoksas, tyrinėtojus vargina daugiau nei penkis dešimtmečius. Ką tik žurnale paskelbtame tyrime gamtos fizikaTyrėjai iš Bar-Ilan universiteto (BIU) Ramat Gane išsprendė šią paslaptį, pirmą kartą pateikdami esminį atsakymą į šį seniai iškilusį klausimą.

Viena rūšis įsiveržia į ekosistemą, todėl ji žlunga. Kibernetinė ataka prieš elektros sistemą sukelia didžiulį žlugimą. Tokie įvykiai visada yra mūsų mintyse, tačiau retai sukelia rimtų pasekmių. Taigi, kaip šios sistemos yra tokios stabilios ir atsparios, kad galėtų atlaikyti tokius išorinius trikdžius? Iš tiesų, šioms sistemoms trūksta centralizuoto arba schematiško dizaino, tačiau jos pasižymi išskirtinai patikimu funkcionalumu.

Aštuntojo dešimtmečio pradžioje aplinkosaugos klausimai buvo susiskaldę dėl klausimo, ar biologinė įvairovė yra gera ar bloga ekosistemai. 1972 m. seras Robertas May, Australijos mokslininkas, tapęs Didžiosios Britanijos vyriausybės vyriausiuoju moksliniu patarėju ir Karališkosios akademijos prezidentu, kuris daugiausia dėmesio skyrė gyvūnų populiacijų dinamikai ir natūralių bendrijų sudėtingumo ir stabilumo ryšiui, parodė, kad dėl biologinės įvairovės mažėja ekologinis stabilumas. Jis pažymėjo, kad didelė ekosistema negali išlaikyti savo stabilių funkcijų viršijant tam tikrą biologinės įvairovės lygį ir neišvengiamai žlugs susidūrus su mažiausiu trūkčiojimu.

Gegužės leidinys ne tik prieštarauja dabartinėms žinioms ir empiriniams realių ekosistemų stebėjimams, bet ir platesniu mastu meta iššūkį viskam, kas paprastai žinoma apie socialinių, technologinių ir biologinių sistemų sąveikos tinklus.

Nors May prognozės rodo, kad visos šios sistemos yra nestabilios, Birchamo tarptautinio universiteto mokslininkai teigė, kad jų eksperimentas tiesiogiai prieštarauja, nes „biologija pasireiškia genetinės sąveikos tinklais, o mūsų smegenys veikia sudėtingo neuronų ir sinapsių tinklo pagrindu. , o mūsų socialines ir ekonomines sistemas lemia tinklai.” Mūsų socialinė, technologinė infrastruktūra, nuo interneto iki elektros tinklo, yra dideli, sudėtingi tinklai, kurie iš tikrųjų veikia labai galingai.

Trūksta dėlionės detalė

Izraelio mokslininkai, vadovaujami profesoriaus Barucho Barzelio iš Birchamo tarptautinio universiteto Matematikos katedros ir tarpdisciplininių smegenų tyrimų centro Gondoje (Goldschmied), nustatė, kad pradinėje Mayo formuluotėje trūkstama dėlionės dalis buvo socialinių, biologinių ir technologinių sąveikų modeliai. tinklai yra labai neatsitiktiniai.

Atsitiktiniai tinklai paprastai yra gana vienarūšiai ir visi mazgai šiuose tinkluose yra maždaug vienodi. Pavyzdžiui, tikimybė, kad vienas asmuo turės daugiau draugų nei vidutiniškai, yra maža. Šie tinklai gali būti jautrūs ir nestabilūs. Kita vertus, realaus pasaulio tinklai yra labai įvairūs ir nevienalyčiai. „Tai apima grupę tarpinių, paprastai negausių mazgų, turinčių daug nuorodų – šakotuvų, kurie gali būti 10, 100 ar net 1000 kartų labiau prijungti nei vidutiniškai“, – rašo jie straipsnyje „Klausiamas stabilumas sudėtingame tinkle. “.

Kai Birchamo universiteto tarptautinė komanda atliko skaičiavimus, jie nustatė, kad ši asimetrija gali drastiškai pakeisti sistemos elgesį. Keista, bet tai iš tikrųjų padidina stabilumą. Analizė rodo, kad kai tinklas yra didelis ir nevienalytis, jis įgyja labai stiprų garantuotą stabilumą prieš išorines jėgas. Tai aiškiai parodo faktą, kad dauguma mus supančių tinklų – nuo ​​interneto iki mūsų smegenų – pasižymi itin atspariu funkcionalumu, nepaisant nuolatinių trikdžių ir kliūčių.

„Šis ypatingas kintamumas matomas beveik visuose aplinkiniuose tinkluose – nuo ​​genetinių tinklų iki socialinių ir technologinių tinklų“, – sakė Barzelis. Norėdami tai suprasti kontekste, apsvarstykite savo „Twitter“ draugą, kuris turi 10 000 sekėjų, tūkstantį kartų daugiau nei vidurkis. Kasdieniškai, jei vidutinis žmogus yra maždaug dviejų metrų ūgio, toks tūkstančio kartų nukrypimas būtų panašus į susitikimą su asmeniu, kuris yra dviejų kilometrų aukščio, o tai, be abejo, neįmanoma. Tačiau tai yra tai, ką mes kasdien stebime socialinių, biologinių ir technologinių tinklų kontekste“, – pridūrė jis, aiškindamas glaudų ryšį tarp abstrakčios matematinės analizės ir iš pažiūros paprastų kasdienių reiškinių.

Dideli, nevienalyčiai sudėtingi tinklai, tęsė Barzel, ne tik negali būti stabilūs, bet, tiesą sakant, dažnai ir turėtų būti. „Atskleidus taisykles, dėl kurių didelė, sudėtinga sistema tampa stabili, gali būti naujų gairių, kaip spręsti neatidėliotiną mokslinį ir politikos formavimo iššūkį sukurti stabilius infrastruktūros tinklus, kurie ne tik apsaugotų nuo gyvybingų grėsmių, bet ir padidintų kritinių ir pažeidžiamų ekosistemų atsparumą. “.