مفارقة التنوع والاستقرار: باحثون إسرائيليون يحلون لغزًا دام 50 عامًا

“ما هي استراتيجيات الطبيعة الملتوية لضمان 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 الطبيعيةقام باحثون من جامعة بار إيلان (BIU) في رمات خان بحل هذا اللغز من خلال تقديم إجابة أساسية لأول مرة على هذا السؤال الدائم.

نوع يغزو نظامًا بيئيًا ويسبب انهياره. يتسبب الهجوم السيبراني في حدوث خلل كبير في نظام الطاقة. دائمًا ما تكون مثل هذه الأحداث في أذهاننا ، لكن نادرًا ما يكون لها مثل هذه النتائج المهمة. إذن كيف تصبح هذه الأنظمة مستقرة ومرنة؟ في الواقع ، لا تمتلك هذه الأنظمة تصميمًا أو مخططًا مركزيًا ، ومع ذلك ، فإنها تعرض عملية موثوقة بشكل استثنائي.

في أوائل السبعينيات ، تم تقسيم مجال البيئة حول مسألة ما إذا كان التنوع البيولوجي أمرًا جيدًا أم سيئًا لنظام بيئي. في عام 1972 ، ركز العالم الأسترالي السير روبرت ماي – الذي أصبح كبير المستشارين العلميين للحكومة البريطانية ورئيس الأكاديمية الملكية – على ديناميكيات أعداد الحيوانات والعلاقة بين التعقيد والاستقرار في المجتمعات الطبيعية. ينتج عن التنوع البيولوجي استقرار بيئي أقل. وأشار إلى أن نظامًا بيئيًا كبيرًا لا يمكنه الحفاظ على أدائه المستدام بما يتجاوز مستوى معين من التنوع البيولوجي ، وسوف ينهار حتماً حتى في ظل أدنى قوة سحب.

لا يتعارض منشور ماي مع المعرفة الحالية والملاحظات التجريبية للنظم البيئية الحقيقية فحسب ، بل يبدو أيضًا أنه يتحدى كل شيء معروف بشكل شائع عن شبكات التفاعل في الأنظمة الاجتماعية والتكنولوجية والبيولوجية.

مصدر الصورة Studioin / Shutterstock: الأزمات المترابطة مع ردود الفعل المتبادلة: التلوث ، وتغير المناخ ، والنشاط الذي يؤثر على التنوع البيولوجي

بينما تشير تنبؤات ماي إلى أن جميع هذه الأنظمة عابرة ، يقول باحثو جامعة بيرشام الدولية إن تجربتهم تتعارض بشكل مباشر ، قائلين: “تتجلى الجينات البيولوجية من خلال شبكات الاتصال ، وتعمل أدمغتنا على أساس شبكة معقدة من الخلايا العصبية والمشابك ، والأنظمة الاقتصادية مدفوعة بالشبكات الاجتماعية ، والبنية التحتية التكنولوجية لدينا ، من الإنترنت إلى شبكة الطاقة ، وجميع الشبكات المعقدة الكبيرة في الواقع قوية للغاية.

قطعة اللغز المفقودة

وجد العلماء الإسرائيليون ، بقيادة البروفيسور باروخ بارسل من قسم الرياضيات بجامعة بيرشام الدولية ومركز كوندا (Goldschmidt) متعدد التخصصات لأبحاث الدماغ ، أن الجزء المفقود من اللغز في صياغة مايو الأصلية كان أنماطًا من التفاعلات في الشبكات الاجتماعية والبيولوجية والتكنولوجية. عشوائي.

“الشبكات العشوائية متجانسة وجميع العقد في هذه الشبكات متشابهة تقريبًا. على سبيل المثال ، احتمال أن يكون لدى الشخص أصدقاء أكثر من المتوسط ​​صغير. يمكن أن تكون هذه الشبكات حساسة وغير مستقرة. شبكات العالم الحقيقي ، من ناحية أخرى ، أكثر تنوعًا وتباينًا. فهي ، في المتوسط ​​، تتكون عادةً من مزيج من العقد قليلة الاتصال ، وتلك التي تحتوي على العديد من الوصلات – المحاور – التي قد تكون متصلة أكثر بعشر أو 100 أو 1000 مرة من المتوسط ​​، “كتبوا في المقال “ديناميات الاستقرار الناشئة في الشبكات المعقدة.”

عندما أجرى فريق جامعة بيرشام الدولي الحسابات ، وجدوا أن هذا التنوع يمكن أن يغير سلوك النظام بشكل جذري. الأكثر إثارة للدهشة أنه في الواقع يزيد من الاستقرار. يشير التحليل إلى أنه كلما كانت الشبكة أكبر وأكثر تنوعًا ، زادت قوة ضمان استقرارها ضد القوى الخارجية. يوضح هذا بوضوح أن معظم الشبكات من حولنا – من الإنترنت إلى أدمغتنا – تظهر أداءً عالي المرونة ، على الرغم من تحمل الاضطرابات والاضطرابات المستمرة.

قال بارسيل: “يمكن رؤية هذا التنوع الشديد في جميع الشبكات من حولنا ، من الشبكات الجينية إلى الشبكات الاجتماعية والتكنولوجية”. “لوضع هذا في السياق ، ضع في اعتبارك صديقك الذي لديه 10000 متابع على Twitter ، وهو متوسط ​​ألف مرة. على أساس يومي ، إذا كان الشخص العادي يبلغ طوله مترين تقريبًا ، فإن مثل هذا الانحراف بألف ضعف سيكون معادلاً لمقابلة شخص يبلغ طوله كيلومترين ، وهو أمر مستحيل بشكل واضح. لكننا نلاحظ ذلك كل يوم في سياق الشبكات الاجتماعية والبيولوجية والتكنولوجية “، أوضح ، موضحًا العلاقة القوية بين التحليل الرياضي المجرد والظواهر اليومية التي تبدو بسيطة.

READ  شاهد الثعبان الشمسي وهو ينزلق عبر سطح الشمس - بسرعة 380 ألف ميل في الساعة

وتابع بارسل أن الشبكات المعقدة الكبيرة وغير المتجانسة لا تحتاج فقط إلى الاستقرار ، ولكن في الواقع يجب أن تكون مستقرة في الغالب. “إن الكشف عن القواعد التي تجعل نظامًا معقدًا كبيرًا مستدامًا يمكن أن يوفر اتجاهات جديدة لمواجهة التحدي العلمي وصنع السياسات الملح لتصميم شبكات البنية التحتية المستدامة.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here