“ما هي استراتيجيات الطبيعة الخفية للحفاظ على استقرار الشبكات المعقدة؟”
استمر هذا السؤال ، المعروف في هذا المجال بمفارقة التنوع والاستقرار ، في إزعاج الباحثين لأكثر من خمسة عقود. في دراسة نشرت للتو في المجلة الفيزياء الطبيعيةباحثون من جامعة بار إيلان (BIU) في رمات غان يحلون هذا اللغز من خلال تقديم إجابة أساسية لهذا السؤال الطويل لأول مرة.
نوع واحد يغزو نظامًا بيئيًا مما يؤدي إلى انهياره. يتسبب الهجوم الإلكتروني على النظام الكهربائي في انقطاع التيار الكهربائي بشكل كبير. هذه الأنواع من الأحداث دائمًا ما تكون في أذهاننا ، لكنها نادرًا ما تؤدي إلى مثل هذه العواقب الوخيمة. إذن ، كيف يمكن أن تكون هذه الأنظمة مستقرة ومرنة بحيث يمكنها تحمل مثل هذه الاضطرابات الخارجية؟ في الواقع ، تفتقر هذه الأنظمة إلى تصميم مركزي أو مخطط ، ومع ذلك فإنها تعرض وظائف موثوقة بشكل استثنائي.
في أوائل السبعينيات ، تم تقسيم مجال البيئة حول ما إذا كان التنوع البيولوجي جيدًا أم سيئًا لنظام بيئي. في عام 1972 ، أظهر السير روبرت ماي – عالم أسترالي أصبح مستشارًا علميًا رئيسيًا للحكومة البريطانية ورئيسًا للأكاديمية الملكية ، والذي ركز على ديناميكيات مجموعات الحيوانات والعلاقة بين التعقيد والاستقرار في المجتمعات الطبيعية – أن تؤدي الزيادة في التنوع البيولوجي إلى استقرار بيئي أقل. واقترح أن نظامًا بيئيًا كبيرًا لا يمكنه الحفاظ على وظائفه المستقرة إلى ما بعد مستوى معين من التنوع البيولوجي ، وسوف ينهار حتماً في مواجهة أدنى هزة.
لا يتعارض منشور ماي مع المعرفة الحالية والملاحظات التجريبية للنظم البيئية الحقيقية فحسب ، بل إنه يتحدى بشكل عام كل ما هو معروف عن شبكات التفاعل في الأنظمة الاجتماعية والتكنولوجية والبيولوجية.
بينما تشير تنبؤات ماي إلى أن جميع هذه الأنظمة غير مستقرة ، قال باحثو جامعة بيرشام الدولية إن تجربتهم كانت في تناقض مباشر ، لأن “علم الأحياء يتجلى من خلال شبكات التفاعل الجيني ، تعمل أدمغتنا على أساس شبكة معقدة من الخلايا العصبية والمشابك ، الأنظمة الاجتماعية والاقتصادية مدفوعة بالشبكات الاجتماعية ، وتتكون بنيتنا التحتية التكنولوجية ، من الإنترنت إلى الشبكة الكهربائية ، من شبكات كبيرة ومعقدة تعمل فعليًا بقوة تامة.
قطعة اللغز المفقودة
وجد العلماء الإسرائيليون بقيادة البروفيسور باروخ بارزل من قسم الرياضيات بجامعة بيرشام الدولية ومركز جوندا لأبحاث الدماغ متعدد التخصصات (Goldschmied) أن القطعة المفقودة من اللغز في الصيغة الأصلية لشهر مايو هي أن أنماط التفاعل في الشبكات الاجتماعية والبيولوجية والتكنولوجية غير عشوائية إلى حد كبير. .
تميل الشبكات العشوائية إلى أن تكون متجانسة إلى حد ما وجميع العقد في هذه الشبكات متشابهة إلى حد كبير. على سبيل المثال ، احتمال أن يكون للفرد أصدقاء أكثر بكثير من المتوسط ضئيل. يمكن أن تكون هذه الشبكات حساسة وغير مستقرة. من ناحية أخرى ، فإن شبكات العالم الحقيقي متنوعة للغاية وغير متجانسة. وكتبوا في المقالة بعنوان “الاستقرار الناشئ في شبكة معقدة. متحرك.”
عندما أجرى فريق جامعة بيرشام الدولي الحسابات ، اكتشفوا أن عدم التجانس هذا يمكن أن يغير سلوك النظام بشكل أساسي. والمثير للدهشة أن هذا في الواقع يحسن الاستقرار. يشير التحليل إلى أنه عندما تكون الشبكة كبيرة وغير متجانسة ، فإنها تكتسب استقرارًا مضمونًا قويًا للغاية ضد القوى الخارجية. يفسر هذا بوضوح حقيقة أن معظم الشبكات من حولنا – من الإنترنت إلى أدمغتنا – تظهر وظائف عالية المرونة على الرغم من الاضطرابات والعوائق المستمرة.
قال برزل: “يمكن رؤية هذا التباين الشديد في كل شبكة من حولنا تقريبًا ، من الشبكات الجينية إلى الشبكات الاجتماعية والتكنولوجية”. “لوضع هذا في السياق ، ضع في اعتبارك صديقك على Twitter الذي لديه 10000 متابع ، ألف مرة في المتوسط. على أساس يومي ، إذا كان متوسط طول الفرد حوالي مترين ، فإن مثل هذا الانحراف لكل ميل من شأنه أن يرقى إلى مقابلة فرد يبلغ طوله كيلومترين ، وهو أمر مستحيل بشكل واضح. لكن هذا ما نلاحظه كل يوم في سياق الشبكات الاجتماعية والبيولوجية والتكنولوجية ، “أضاف لشرح العلاقة الوثيقة بين التحليل الرياضي المجرد والظواهر اليومية التي تبدو بسيطة.
وتابع برزل أن الشبكات المعقدة الكبيرة غير المتجانسة لا يمكن أن تكون مستقرة فحسب ، بل يجب أن تكون في الواقع مستقرة في كثير من الأحيان. “اكتشاف القواعد التي تجعل نظامًا كبيرًا ومعقدًا مستقرًا يمكن أن يقدم إرشادات جديدة لمواجهة التحدي العلمي والسياسي الملح لتصميم شبكات بنية تحتية مستقرة لا يمكنها الحماية من التهديدات القابلة للتطبيق فحسب ، بل تبني أيضًا مرونة النظم الإيكولوجية الحاسمة والهشة.
