💥راز مدل‌سازی پیچیده‌ترین سیستم‌ها: از جنگل‌های پاناما تا اقتصاد جهانی!

مشکلات مدل‌سازی سامانه‌های پیچیدهٔ چند مقیاسی

تو حوزه‌هایی مثل ایمنی‌شناسی، بوم‌شناسی، اقتصاد و ترمودینامیک، سامانه‌های پیچیدهٔ چند مقیاسی خیلی پیدا می‌شن. ولی مدل‌سازی این سامانه‌ها واقعاً کار سختیه. روش‌هایی که معمولاً استفاده می‌شن یا از پایین به بالا (bottom-up) هستن یا بالا به پایین (top-down). اما توی سامانه‌هایی که بهم ریختن، مثل اکوسیستم‌های جنگلی بعد از آتش‌سوزی، شاید این راه‌ها جوابگو نباشن.

یک نظریهٔ تازه توی اکولوژی کلان: DynaMETE

با بیشتر شدن موارد بیماری در سطح بزرگ، آدما ممکنه متوجه تغییرات اطرافشون بشن و رفتارشونو عوض کنن که این می‌تونه باعث کم شدن تعداد موارد بیماری بشه. به همین شکل، توی یک اقتصاد، تصمیمایی که آدما واسه قبول کردن کار یا خریدن کالا می‌گیرن، از ویژگی‌های سیستم‌محوری مثل رشد تولید ناخالص ملی (GNP) و نرخ تورم تأثیر می‌گیره. توی این میون، هزینه‌های مصرف‌کننده یکی از عواملیه که اقتصاد رو تکون می‌ده و می‌تونه روی رشد یا رکود اقتصادی اثر بذاره.

تو سال 2021، هارت و همکاراشون، با چاپ یه مقاله با عنوان «DynaMETE: نظریهٔ ترکیبی MaxEnt و مکانیزم تو اکولوژی ماکروی دینامیک» توی نشریهٔ Ecology Letters، رویکرد جدیدشون رو معرفی کردن. این گروه با آزمایش نظریه‌شون روی داده‌های یه جنگل که خیلی آسیب دیده بود توی پاناما، نشون دادن که مدل ترکیبی‌شون می‌تونه تغییرات توزیع گونه‌ها رو توضیح بده. حالا، نویسنده‌ها دارن مدلشون رو واسه کاربردهای احتمالی تو سناریوهای دیگه هم گسترش می‌دن.

هارت می‌گه: «این مدل به ما اجازه می‌ده چیزایی رو حساب کنیم که قبلاً نمی‌شد. توی این سامانه‌های دو سطحی، وقتی اثرات، هم از بالا به پایین و هم از پایین به بالا وجود دارن، چجوری می‌تونیم حساب کنیم که وقتی سیستم بهم می‌ریزه، سیستم و آدما چجوری در طول زمان واکنش نشون می‌دن؟ یه نظریهٔ مناسب واسه این موضوع وجود نداشت. این نظریه بهمون اجازه می‌ده مسیر متغیرهای سطح سیستم و توزیع احتمال اجزای فردی رو تو اون سیستم پیش‌بینی کنیم.»

هارت پیشنهاد می‌ده که نظریه رو توی یه مخزن احتراق – یه سیستم ترمودینامیکی ساده – آزمایش کنن و می‌گه آزمایشای دیگه هم لازمه. اون اضافه می‌کنه: «بزرگ‌ترین نکته اینه که بفهمیم سؤال چه اهمیتی داره. فکر می‌کنیم این نظریه خوبه، ولی شاید درست نباشه. هنوز باید توی انواع مختلف سیستم‌ها آزمایش بشه.»

تو ترمودینامیک غیرتعادلی، مثل آزمایش پیشنهادی مخزن احتراق، پیش‌بینی توزیع احتمال انرژی‌های جنبشی مولکولی یه مسئلهٔ سخت بوده. هارت می‌گه: «این موضوع جلوی محاسبه کردن، مقاومت کرده.» نظریهٔ ترکیبی یه روش تازه واسه مطالعهٔ دینامیک ارائه می‌ده، چه تو شرایط کنترل‌شدهٔ آزمایشگاهی یا تو بعضی از مهم‌ترین و سخت‌ترین سؤالایی که پیش روی بشریته، از تغییرات اقلیمی و پاندمی‌ها گرفته تا نوسانات اقتصادی.