دنيا زيادي بزرگ شده است

واضح آرشیو وب فارسی:خبر آنلاين: دنيا زيادي بزرگ شده است

كد خبر:4282

زمان انتشار:دوشنبه 5 اسفند 1387 - 12:52:07

Print نسخه چاپي

فناوري - چگونه مي‌توان نياز به انرژي را در دنيايي كه هر روز بر پيچيدگي، گستردگي و وابستگي‌اش به انرژي افزوده مي‌شود، كاهش داد؟

ملاني موزس*: امروزه منابع مصرفي انسان بيش از نيمي از كل منابعي است كه تاكنون توسط همه توليدكنندگان كنوني و پيشين زمين توليد شده است. توانايي ما در انجام اين كار، و توزيع منابع در كل كره زمين، آن هم در مقياسي كه هيچ شبكه غير انساني قادر به انجام آن نبوده است، تا حدي از شبكه‌هاي زيرساختي كه ما را به ديگران و محيط زيست متصل مي‌كنند، نشات مي‌گيرد.

شبكه‌هاي توزيع مهندسي مانند شبكه‌هاي توزيع برق، خطوط لوله نفت، راه‌آهن، فرودگاه‌ها، خطوط و جاده‌هاي تجاري و شبكه‌هاي بانكي و شبكه‌هاي ارتباطي كه براي هماهنگي‌هاي اين شبكه‌ها لازم است، مسيرهايي را ايجاد مي‌كنند كه از طريق آنها افراد، بيماري‌ها، منابع و افكار در كل زمين پراكنده مي‌شوند. آنها تعيين مي‌كنند كه با چه كساني ملاقات كنيم، به چه جاهايي مسافرت كنيم و حتي اين كه چقدر مصرف كنيم.

بسياري از مشكلات بزرگ جهاني از جريان داشتن همه چيز در اين شبكه‌ها ناشي مي‌شوند. شبكه‌هاي ارتباطي هوايي، جاده‌اي و ريلي با ايجاد فرصت جابجايي ميليون‌ها نفر از افراد مبتلا به ويروس‌ها، به طور گسترده‌اي احتمال بروز بيماري‌هاي همه‌گير را افزايش مي‌دهند. خطوط دريايي، منابع انرژي را از چند منطقه محدود نفت‌خيز به مصرف‌كنندگان در جاهاي دور منتقل مي‌كنند و با كمك به مصرف‌كنندگان سوخت‌هاي فسيلي، تغييرات فاجعه‌بار آب‌وهوايي را شدت مي‌بخشند. حتي شبكه‌هاي نامحسوس‌تر نيز تاثيرات وحشتناكي بر انسانيت دارند: تقريبا همه اقتصاددانان از پيش‌بيني سرعت و شدت بحران اقتصادي كنوني ناتوان مانده‌اند و علت آن هم تا اندازه‌اي اين است كه طبيعت شبكه‌هايي را كه بحران از طريق آنها گسترش يافت، درك نكردند.

براي مديريت تاثير انسان بر محيط‌زيست و درك گستره فعاليت‌هاي ما در جهاني كه هر روز بيش از روز پيش در هم تنيده مي‌شود، ما به هم‌زمان ديد كلي و درك جزئيات از شبكه‌هايي نياز داريم كه خودمان ايجاد كرديم. ديدگاه‌هاي نظري بيان‌كننده ساختار و ديناميك شبكه‌ها، نحوه تغيير شبكه‌ها در حالي كه رشد مي‌كنند و اين‌كه چگونه شبكه‌ها عملكرد اجزاي خود را محدود مي‌كنند، اين تصوير بزرگ‌تر را شكل مي‌دهند.

مشكل اندازه
در دهه گذشته، نظريه شبكه مختلط، ويژگي‌هاي ساختاري شبكه‌ها را توضيح مي‌داد. براي مثال، اين نشان مي‌دهد كه در تمام شبكه‌هاي اجتماعي، خيلي از افراد ارتباطات كم و محدودي داشتند؛ در حالي‌كه تعداد كمي از افراد داراي ارتباطات خيلي گسترده‌اي هستند. ارتباطات هم‌چنين خوشه‌اي نيز هستند: براي مثال، ما تمايل داريم كه آشنايان خيلي از دوستان و همكارانمان را بشناسيم، ولي كمتر احتمال دارد كه افرادي با تخصص‌هاي ديگر و يا گروه‌هاي اجتماعي متفاوت را بشناسيم. درك ماهيت زيربناي شبكه‌ها قطعا خواهد توانست به كاهش سرعت همه‌گيري بيماري‌ها كمك كند، يا سرعت سرمايه‌گذاري را در يك شبكه اقتصادي بيشتر كند. ولي كمك چنداني به دانستن اين‌كه چگونه منابع فيزيكي از طريق شبكه‌ها منتقل مي‌شوند، نمي‌كند.

نظريه دگرگوني زيست‌بوم‌ها، MTE، راهي براي درك ديناميك جريان در شبكه‌ها پيشنهاد مي‌كند. زيربناي رياضي ام.تي.اي يك دهه قبل و توسط گروهي از زيست‌شناسان و فيزيك‌دانان پايه‌ريزي شد. آنها قصد داشتند توضيح دهند كه چرا خيلي از ويژگي‌هاي گياهان و حيوانات به طرز عجيبي به وزن آنها وابسته است. اين نظريه ادعا مي‌كند كه بيشتر تاريخ زندگي يك حيوان (مانند اين‌كه چقدر عمر مي‌كند، چقدر توليد مثل مي كند و چگونه مي‌خورد) با ويژگي‌هاي ديناميكي و هندسي شبكه قلبي و عروقي كه متابوليسم بدن او را كنترل مي‌كند، توضيح داده مي‌شود.

با توجه به اين نظريه، هر چه حيوان بزرگ‌تر باشد، شبكه قلبي عروقي (شبكه شريان‌ها و مويرگ‌هاي حامل خون) زمان بيشتري را براي انتقال منابع به سلول‌ها لازم خواهد داشت. اين زمان انتقال كه نسبت متابوليك حيوان را تعيين مي‌كند، با توان يك چهارم وزن حيوان رابطه دارد. از اين رو، چون شبكه چرخش خون فيل با سرعت كمتري از يك موش عمل مي‌كند و كارايي كمتري نيز دارد، سرعت رشد آن نيز كمتر خواهد بود و ضربان قلبي كمتر، نرخ توليد مثل كمتر و طول عمر بيشتري خواهد داشت.

زيست‌شناسان با اين‌كه دقيقا چقدر متابوليسم حيوانات بزرگ‌تر كمتر است، موافق نيستند و اين كه توضيحات بر مبناي شبكه انتقال خون در مورد نسبت بين متابوليسم و وزن بدن دقيقا درست باشد را قبول ندارند. ولي مفهوم پايه‌اي اين نظريه كه بيان مي‌دارد هر چه شبكه‌ها بزرگ‌تر مي‌شوند، از كارايي‌شان كاسته مي‌شود؛ خيلي عميق است. در حقيقت، ام.تي.اي بينشي به دست مي‌دهد كه مي‌تواند نحوه درك، پيش‌بيني و مديريت سيستم‌هاي بزگ شبكه‌اي را زيرورو كند.

ام.تي.اي هم‌چنين پيشنهاد مي‌كند كه سيستم‌هاي بزرگ‌تر، پردازش انرژي را به نسبت موجودات كوچك‌تر، آرام‌تر انجام دهند. اين بيان مي‌دارد كه نرخ پردازش انرژي در يك سيستم، خيلي از رفتارهاي آن را سبب مي‌شو و اين، فارغ از اين است كه سيستم، يك جاندار، جامعه يا فناوري باشد.

يك روند متعارف
اِعمال ام.تي.اي به سيستم‌هاي اجتماعي انساني، فهم نزول شناخته‌شده ولي درك‌نشده نرخ باروري را كه با توسعه اقتصادي اتفاق مي‌افتد، ممكن مي‌سازد. هم‌چنان كه سيستم‌ها انرژي بيشتري مصرف مي‌كنند، افراد ثروتمندتر مي‌شوند ولي بچه‌هاي كمتري نيز خواهند داشت. منبع اصلي انرژي امروز، سوخت‌هاي فسيلي است. يك انسان متوسط تنها صد وات براي غذا خوردن انرژي مصرف مي‌كند كه با پيش‌بيني‌ها در مورد اندازه بدن مطابقت دارد؛ ولي در امريكاي شمالي هر انسان ده هزار وات ديگر نيز از نفت، گاز، ذغال‌سنگ و انرژي‌هاي نو مصرف مي‌كند كه همه آنها از طريق شبكه‌هاي زيرساختي توسعه‌يافته گران‌قيمت به او مي‌رسند.

كاهش نرخ زادوولد با افزايش رشد اقتصادي، نظريه‌هاي طول عمر انسان را به مدت چندين دهه سر در گم كرده است: اين‌كه مردمي كه بيشترين ميزان منابع را در اختيار دارند، از كمترين ميزان زاد و ولد برخوردارند؛ در تناقض آشكار با پيش‌بيني‌هاي داروين است؛ مخصوصا از آنجا كه افزايش تناسب ناشي از كاهش مرگ و مير هنگام زايمان خيلي كمتر از آن است كه بتواند كاهش نرخ تولد را جبران كند. ولي ام.تي.اي نشان مي‌دهد كه اين الگو غيرعادي نيست. در حقيقت، در ميان كشورهاي معاصر، ميزان كاهش نرخ زاد و ولد با افزايش مصرف انرژي، نسبت مستقيم دارد با كاهش نرخ زاد و ولد با افزايش متابوليسم در ديگر پستانداران. مردم امريكاي شمالي به اندازه يك جانور 30 هزار كيلوگرمي انرژي مصرف مي‌كنند، درحالي‌كه نرخ زاد و ولد آنها به نسبت چنين جانوري خيلي كمتر است.

آيا الگوي مشتركي كه بين انسان‌ها و ديگر پستانداران مشترك است، به دليل مشتركي اشاره دارد؟ در پستانداران، مقدار هزينه به ازاي هر تولد با اندازه پستاندار نسبت مستقيم دارد، ولي همان‌گونه كه در بالا اشاره شد، نسبت انرژي در دسترس براي ازدياد نسل با افزايش ابعاد جاندار كاهش مي‌يابد. از اين رو، يك فيل براي جمع‌آوري منابع مورد نياز براي توليد مثل، در مقايسه با موش به زمان خيلي بيشتري نياز دارد (تناسب با توان 0.25 را فراموش كرديد؟). به شيوه مشابه، انسان‌ها نيز به مصرف كسر ثابتي از منابع در دسترس براي هر تولد نياز دارند، ولي در جوامع ثروتمندتر، زمان بيشتري را براي رسيدن به اين نسبت صرف مي‌كنند. با توجه به اين فرضيه، وقتي زيرساخت‌هاي ما رشد مي‌كنند، ما از آنها چيزهاي بيشتري بدست مي‌آوريم، ولي به همان نسبت نيز بايد سرمايه‌گذاري بيشتري براي آن انجام دهيم كه خود، سبب كاهش انرژي و توانايي براي سرمايه‌گذاري در نسل بعدي مي‌شود.

توضيحات جايگزين براي مرحله گذار جمعيت نفوس شامل سنت‌هاي فرهنگي مي‌شوند كه به زنان اجازه مي‌دهند به نسبت آن‌چه كه به لحاظ زيستي قادر به انجامش هستند، فرزندان كمتري داشته باشند؛ مانند پيشگيري از حاملگي يا ازدواج ديرهنگام. ولي اين ساز و كارها هنوز نمي‌توانند اين علت را توضيح دهند كه چرا زنان، انتخاب مي‌كنند كه زايمان و بچه‌دار شدن را به تاخير بياندازند.

نظريه ديگري، كه بر پايه «سرمايه بدني» بنا شده، پيشنهاد مي‌كند كه وقتي جوامع ثروتمندتر مي‌شوند، سرمايه‌گذاري‌هاي آموزشي بيشتري به ازاي هر بچه انجام مي‌شوند تا آنها را در بازارهاي كار رقابتي‌تر كنند. اين نظريه تا حد زيادي با نظريه‌اي كه در بالا گفته شد، سازگاري دارد. جالب اين جاست كه سال‌هايي كه صرف آموزش مي‌شوند، با نرخ زاد و ولد در كشورهاي مختلف نسبت عكس دارد.

در مواجهه با تغييرات آب‌وهوايي، نسبت بين كاهش نرخ زاد و ولد در جوامع ثروتمند و افزايش شديد مصرف انرژي در آنها هشداردهنده است. حتي كنترل دولتي جمعيت و كاهش اجباري نرخ زاد و ولد در كشور چين كه به 70درصد كاهش در نرخ زاد و ولد در سه دهه اخير شده است، نيز با يك افزايش انرژي شديد به نسبت جمعيت كشور همراه بود. اگر چنين رابطه‌اي ادامه يابد، 90 ميليارد نفري كه پيش‌بيني شده در سال 2050 در زمين زندگي كنند، با رشد صفر درصدي افزايش جمعيت مواجه خواهند بود. و اگر هر فرد به ميزاني تقريبا مساوي با يك اروپايي متوسط امروزي انرژي مصرف كند، اين سبب خواهد شد كه مصرف انرژي انسان‌ها به ميزان ده برابر مقدار كنوني افزايش يابد.

بحران اقتصادي اخير نه تنها شكنندگي شبكه‌هاي اقتصادي، كه تاثير وحشتناكي را كه در هم شكستن آنها مي‌تواند به‌دنبال داشته باشد نيز نشان مي‌دهد. شبكه‌هاي انتقال سرعت، بحران را افزايش مي‌دهند و شبكه‌هاي توزيع، انرژي لازم را براي تغيير آب‌وهواي زمين به ما مي‌رسانند. هنوز پيشرفت‌هاي فناوري به متصل كردن تعداد بيشتري از جمعيت زمين به يكديگر ادامه مي‌دهند. علاوه بر اين، دستيابي به رشد اقتصادي بيشتر، به خصوص در كشورهاي در حال توسعه، احتمالا نياز به انرژي بيشتر و در نتيجه شبكه‌هاي گسترده‌تر خواهد داشت.

كارايي
پيام‌هاي مهم متعددي از كارهاي اوليه روي شبكه‌هاي مهندسي انساني در حال ظاهر شدن هستند. جوامع بشري، سيستم‌هاي پيچيده‌اي هستند كه با مصرف انرژي پا برجا مي‌مانند، ولي مصرف انرژي را به سادگي و با كاهش نيازهاي افراد نمي‌توان كاهش داد. مصرف هر فرد و احتمالا نرخ باروري، در سطوح بالاتر تحت تاثير ساختارها قرار دارد. يافتن ارتباط عملكرد افراد با مشكلات جهاني ايجاب مي‌كند كه آن افراد را به چشم نقطه‌هاي اتصال در شبكه‌ها ببينيم كه در آنها رفتار يكي بر كل جامعه تاثير مي‌گذارد و در آن، عملكرد كلي جامعه عملكرد هر يك از اجزا را محدود مي‌كند.

يك پيام كليدي ديگر اين است كه شبكه‌هاي متمركز كه در آنها منابع از نقطه مركزي به اهداف پراكنده جريان دارند، هنگامي كه مواد را در مسيرهاي طولاني‌تر منتقل مي‌كنند، انرژي را با كارايي كمتري تحويل مي‌دهند. توليد جهاني مواد غذايي از در قرن بيستم شش برابر شده كه هزينه آن، 80 برابر شدن سرمايه‌گذاري انرژي روي كشاورزي بوده است. اين نسبت وحشتناك كه از سرمايه‌گذاري روي انرژي مصرف‌شده براي باروري، درو كردن و انتقال مواد غذايي ناشي مي‌شود، نشان مي‌دهد كه انرژي مصرف‌شده براي توليد غذا بسيار بيشتر از انرژي بدست‌آمده از خوردن غذا است.

ضروري است كه طراحي‌هاي بهتري انجام دهيم تا مطمئن شويم كه شبكه‌ها، فناوري‌ها و اقتصاد حمل‌ونقل در آينده، عايدي خيلي بهتري در سرمايه‌گذاري‌هاي انرژي خواهند داشت، حتي اگر گسترده‌تر شوند و به افراد بيشتري غذا برسانند. منابع باقي‌مانده نفت زمين در مناطق محدودي جمع شده‌اند كه از اكثر مصرف‌كنندگان بسيار دور هستند. ولي مي‌توان زيرساختي كاراتر و غير متمركزتر ساخت تا انرژي بدست‌آمده از بادها، خورشيد و امواج جزر و مدي را به مصرف‌كنندگان تحويل دهد.

هم‌اكنون، روش‌هايي براي طراحي زيرساخت‌هاي كاراتر در حال ظهور است. به تازگي نشان داده شده كه بعضي از شبكه‌هاي دست‌كم نيمه متمركز، مانند شبكه‌هاي كامپيوتري و شبكه‌هاي راه‌هاي زير زميني مترو در شهرها (كه تقريبا نيمي از جمعيت زمين اكنون در آنها ساكن هستند)، مي‌توانند با كارايي خيلي بيشتري از شبكه‌هاي كاملا متمركز، اندازه خود را افزايش دهند. براي مثال، مدل‌ها نشان مي‌دهد كه مي‌توان ترافيك و در نتيجه مصرف نفت را با گسترده‌تر شدن شهرها كاهش داد؛ به‌شرطي كه مراكز چند كاربره تجاري و باز توليد، در نزديكي مناطق مسكوني ساخته شوند.

علاوه بر اين، لوئيس بتانكورت و همكارانش به تازگي نشان داده‌اند كه فاكتورهاي مشخصي مانند نوآوري و توليد ثروت، با افزايش جمعيت شهر به طور تصاعدي افزايش مي‌يابند. در اين مثال، هر چه كه جمعيت يك شهر بيشتر باشد، سودي كه هر فرد از توانايي براي ارتباط با ديگران بدست مي‌آورد، بيشتر خواهد شد.

در دهه‌هاي روبرو، ما نياز داريم كه بفهميم شبكه‌هاي اجتماعي و زيرساختي، چگونه عملكرد افراد را محدود مي‌كنند؛ و شهرها و جوامع را به گونه‌اي بنا نهيم كه با افزايش نوآوري‌ها و برقراري ارتباطات، انتقال و فواصل مسافرت‌ها را كاهش دهد. با انجام اين كارها، ما شانس بهتري براي پاسخ‌گويي به نيازهاي اجتماعات بشري بزرگ، پرمصرف و رو به رشد نسل‌هاي آينده و بدون كاهش منابع در دسترس خواهيم داشت.

* عضو هيات علمي دانشكده كامپيوتر دانشگاه نيومكزيكو، آلبوكرك

نيچر، شماره 7230 - ترجمه: مجيد جويا

كد خبر:4282

تاريخ درج خبر:دوشنبه 5 اسفند 1387 - 12:52:07

Print نسخه چاپي

دوشنبه|ا|5|ا|اسفند|ا|1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: خبر آنلاين]

[مشاهده در: www.khabaronline.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 371]