Nauka

Albert-László Barabási. Człowiek sieci

Albert-Laszlo Barabasi pierwszy odkrył, że Internet ma osobliwą strukturę. Nieskalowalną, która opiera się na dominujących węzłach. Albert-Laszlo Barabasi pierwszy odkrył, że Internet ma osobliwą strukturę. Nieskalowalną, która opiera się na dominujących węzłach. Archiwum prywatne
Wśród wielu odkryć jednego z najczęściej cytowanych fizyków świata jest i analiza przewidywalności ludzkich zachowań.
Odkrycie tajemnej struktury Internetu ma ogromne znaczenie dla jego funkcjonowania.Alany/BEW Odkrycie tajemnej struktury Internetu ma ogromne znaczenie dla jego funkcjonowania.

Życiowa dewiza fizyka Alberta-László Barabásiego brzmi: „Nie sprawia mi satysfakcji zajmowanie się problemami, nad którymi pracuje wiele innych osób. Wolę pracować nad zagadnieniem, którego jeszcze nikt za problem nie uważa”. To ryzykowna strategia, ale w razie wygranej prowadzi na naukowe szczyty. Barabási wspiął się na nie błyskawicznie, choć zaczynał w miejscu, gdzie przyszłość nie kojarzyła się z niczym dobrym.

Reżim Nicolae Ceauşescu był dotkliwy dla wszystkich Rumunów, szczególnie jednak dawał się we znaki licznym mniejszościom etnicznym zamieszkującym Transylwanię (nazywaną przez Węgrów Siedmiogrodem). Albert-László Barabási urodził się w grupie etnicznej mówiących po węgiersku Szeklerów, o których tożsamość i rodowód historycy spierają się do dzisiaj. Spór ten w latach 80. XX w. nabrał w Rumunii wymiaru politycznego, a Szeklerzy, podobnie jak wszyscy siedmiogrodzcy Węgrzy i Niemcy, padli ofiarą wzmożonych szykan ze strony komunistycznego reżimu. W ich efekcie ojciec Barabásiego został zmuszony w 1989 r. do emigracji bez prawa powrotu – godząc się z losem, postawił warunek: nie wyjedzie bez syna. Albert-László studiował wówczas fizykę na Uniwersytecie Bukareszteńskim, od początku wykazując naukowe ambicje, których owocem były pierwsze publikacje.

Młody fizyk chętnie zamienił Bukareszt na Budapeszt, nie myśląc nawet o tym, że reżim Ceauşescu upadnie w ciągu kilku miesięcy, a ponury dyktator zostanie zgładzony przez własnych gwardzistów. Ostatnie dwa lata studiów spędził na Uniwersytecie Loránda Eötvösa w Budapeszcie. Punktem przełomowym kariery Barabásiego stało się spotkanie z H. Eugenem Stanleyem z Boston University, wielką postacią współczesnej fizyki.

Stanley przyjechał w 1990 r. do Budapesztu na konferencję naukową. Rozmowa z ambitnym studentem zrobiła na nim takie wrażenie, że zachęcił go do studiów doktoranckich pod swoim kierunkiem. Finałem współpracy okazał się nie tylko doktorat, lecz także sygnowana wspólnie monografia naukowa. Ważny moment w rozwoju kariery, lecz na najważniejsze – znalezienie własnego, oryginalnego tematu badawczego – przyszło jeszcze chwilę poczekać.

Idea zbyt rewolucyjna

Dobry obyczaj nakazuje, by młody naukowiec po doktoracie szukał dalszych inspiracji w innych instytucjach badawczych. Dla Barabásiego takim etapem w karierze stało się stypendium postdoktoranckie w legendarnym Centrum Badawczym T. J. Watsona, należącym do IBM. Na zbliżające się święta Bożego Narodzenia wypożyczył z biblioteki książkę popularnonaukową o informatyce. „Gdy zanurzyłem się w algorytmach, grafach i logice Boole’a, zdałem sobie sprawę, jak niewiele wiemy o sieciach. Całe moje doświadczenie podpowiadało mi, że miliony kabli elektrycznych, telefonicznych i internetowych, ukrytych pod ulicami Manhattanu, tworzą przypadkową sieć. Im więcej myślałem o tym, tym bardziej byłem przekonany, że muszą istnieć jakieś zasady rządzące otaczającymi nas złożonymi sieciami” – wspomina Barabási w swoim bestsellerze „Linked. The New Science of Networks” (Połączone. Nowa nauka sieci), opublikowanym w 2002 r.

Inspiracje z popularnej lektury autor „Linked” przełożył wcześniej na język artykułu, który posłał do kilku czasopism, m.in. najbardziej prestiżowych tygodników: „Science” i „Nature”. Wszyscy odmówili publikacji. Barabási twierdzi, że zarzuty recenzentów nie miały charakteru merytorycznego, bo nikt nie rozumiał, dlaczego miałaby się ukazać praca o sieciach. Co w tym temacie takiego ważnego i fascynującego? Niespełna 30-letni fizyk dostrzegł, że zbyt wcześnie ogłosił rewolucję i że lepiej zająć się stabilizacją własnej pozycji naukowej. Kolejnym etapem w karierze miał się stać University of Notre Dame, gdzie Barabási zajął się normalną prozą naukowego życia, polegającą na realizacji maksymy publish or perish (publikuj albo giń). Najlepszym sposobem, by jej sprostać, jest zajmowanie się modnymi tematami naukowymi. Choć to mniej oryginalne, to jednak bezpieczniejsze.

Zajmując się na co dzień różnymi zagadnieniami fizyki teoretycznej, wolny czas węgierski fizyk poświęcał na studia nad sieciami. Temat nie był nowy, zajmowali się nim socjologowie badający relacje międzyludzkie. Do klasyki nauk społecznych przeszedł eksperyment Stanleya Milgrama badający, ilu pośredników potrzeba, żeby przekazać list między dwiema dowolnymi osobami na świecie. Okazało się, że przeciętnie wystarczy zaledwie sześciu, by połączyć Kowalskiego z Koziej Wólki z, powiedzmy, papieżem Benedyktem XVI. Jaki ten świat mały! – wykrzykują ludzie, gdy przypadkowo odkryją, że ktoś zna ich znajomego. Inny socjolog, Mark Granovetter, szukał odpowiedzi na pytanie, kto lepiej pomaga w znalezieniu pracy: rodzina (czyli osoby połączone silnymi więziami) czy znajomi (słabe więzi). Okazało się, że o wiele skuteczniejsi są znajomi, a odkrycie zaowocowało w 1973 r. artykułem „The Strength of Weak Ties” (Siła słabych więzi), który podobnie jak eksperyment Milgrama z 1967 r. stał się klasyką.

Podejście sieciowe stosował amerykański wywiad, analizując stan sił Vietcongu, i brytyjskie służby specjalne, rozpracowując konspirację Irlandzkiej Armii Republikańskiej. Ba, sieciową intuicję wykazywał nawet dominikanin Bernardo Gui, główny inkwizytor, który zreformował taktykę walki z herezją, zastępując metodę random killing (przypadkowej eliminacji) na rzecz tropienia perfecti, kluczowych węzłów w sieci herezji – jego średniowieczny podręcznik dla inkwizytorów zachował intelektualną świeżość do dziś. (Po więcej szczegółów dotyczących historii myślenia sieciowego odsyłamy do książki autora tego tekstu Edwina Bendyka „Antymatrix. Człowiek w labiryncie sieci”; katalizatorem jej powstania stała się lektura prac Barabásiego – przyp. red.).

Węgier nie dał się zwieść obfitości tropów. Interesowały go nie tyle sieciowe zjawiska, ile pytanie, czy nie są one wyrazem jakiegoś głębszego porządku? Znowu nie pierwszy stawiał to pytanie. Za prekursora matematycznego myślenia o sieciach uważa się Leonarda Eulera, genialnego matematyka, który na początku XVII w. rozwiązywał takie zagadki jak problem mostów w Królewcu, w efekcie tworząc podwaliny dla teorii grafów, kluczowej dla zrozumienia sieciowych struktur. Wśród twórców matematyki sieci Barabási znalazł także swoich rodaków, matematycznego geniusza Pála Erdősa i Alfreda Rényia, którzy, zdawało się, wyjaśnili wszystko. To właśnie przekonanie, że sieci to sprawa przebrzmiała i skończona, spowodowało, że publikacja Barabásiego z 1995 r. nie miała szans na druk.

Ukryta struktura Internetu

Potem jednak coś bardzo szybko się zmieniło – eksplodował Internet. W ciągu kilku lat pojawiło się gigantyczne, szybko rozwijające się laboratorium, umożliwiające badanie wszystkich ciekawych pytań dotyczących sieci: jak się rozwijają, jaką mają strukturę, jaką dynamikę? W 1998 r. węgierski fizyk z University of Notre Dame podjął decyzję o zmianie programu badawczego. Porzucił bezpieczną przystań modnych badań i postawił wszystko na problemy sieci. Do swojego pomysłu przekonał Rékę Albert i Hawoonga Jeonga, który miał skonstruować specjalne oprogramowanie umożliwiające automatyczne badanie Internetu. Czas był najwyższy, w 1998 r. w „Nature” ukazał się artykuł Stevena Strogatza i Duncana Wattsa atakujący od strony matematycznej społeczny fenomen „małego świata”. Strogatz, błyskotliwy matematyk, i Watts, matematyk, który stał się socjologiem, pokazali, że jednak można znaleźć coś nowego w sieciach, wzniecając zainteresowanie nimi wśród innych uczonych. Wyścig się rozpoczął.

Rok później zespół Barabásiego miał już zaskakujące wyniki (opublikowane w magazynie „Science”). Okazało się, że Internet ma zupełnie inną strukturę, niż się wydawało na podstawie wcześniejszych modeli Erdősa i Rényia, a także zwykłej intuicji. Przyzwyczajeni jesteśmy, że większość wartości w świecie rzeczywistym podlega tzw. rozkładowi normalnemu, to znaczy oscyluje wokół jakiejś wartości średniej. Tak jest np. ze wzrostem ludzi: większość ma wzrost bliski średniej, tylko nieliczni bardzo wysocy i bardzo niscy wyłamują się z tego porządku. Czy nie podobnie powinien rozwijać się Internet jako sieć łącząca węzły o różnej wielkości, podlegające jednak rozkładowi normalnemu?

Nic z tego! W sieci dominuje kilka superwęzłów, za którymi ciągnie się długi ogon nic nieznaczących węzełków. W świecie WWW rządzi Google, Facebook, Yahoo! czy lokalnie Nasza Klasa, Onet i Wirtualna Polska. Statystyczny rozkład węzłów w Internecie podlega bezskalowemu rozkładowi potęgowemu. Jego ideę najprościej wyjaśnić, przywołując drapieżną zasadę winner takes all – zwycięzca bierze wszystko. W Internecie niewielka garstka miejsc koncentruje cały niemal ruch, zdecydowana większość spośród miliardów witryn ma niewielkie szanse nawet na pojedynczych gości.

Odkrycie prawdziwej struktury Internetu ma kolosalne znaczenie dla jego funkcjonowania. Choćby dla jego bezpieczeństwa. To właśnie ze względu na strukturę zdominowaną przez superwęzły Internet jest łatwym celem ataków z premedytacją: wystarczy uderzyć w Google i inne kluczowe punkty, by zakłócić działanie całości. Jednocześnie jednak Internet jest odporny na atak przypadkowy. Kolejne badania Barabásiego wyjaśniały, z czego taka struktura sieci wynika.

Sieć przejść fazowych

Zasługa węgierskiego fizyka polega na tym, że do zrozumienia sieciowych zjawisk użył całego dostępnego oręża matematyki i fizyki, pokazując, że zjawiska sieciowe można wyjaśniać za pomocą koncepcji teorii złożoności i fizyki przejść fazowych. A skoro tak, to kolejne pytanie brzmiało: czy za pomocą tych narzędzi nie można tłumaczyć wszystkich zjawisk dziejących się na dynamicznej granicy między chaosem i porządkiem? Czy nie istnieje strukturalne i dynamiczne podobieństwo między samoorganizacją na poziomie społecznym, ekonomicznym, technicznym i biologicznym?

Barabási zaczął szukać wyników badań z innych dyscyplin lub sam wkraczał w kolejne, nieznane sobie jeszcze obszary: genetykę i biologię molekularną, epidemiologię, socjologię, za każdym razem dochodząc do wniosku, że sieci obecne są wszędzie, a ich dynamiką rządzi m.in. prawo bezskalowego rozkładu potęgowego.

Minęło zaledwie kilka lat od przełomowej publikacji z 1999 r., a były mentor Barabásiego H. Eugene Stanley ocenił dorobek swego podopiecznego: „W ciągu ostatnich pięciu lat wywarł większy wpływ niż jakikolwiek znany mi żyjący naukowiec”. Swe wrażenie Stanley wzmacnia odwołaniami do liczb – najlepszym miernikiem wartości pracy naukowej jest liczba cytowań przez innych uczonych. Publikacje Barabásiego znajdują się w czołówkach rankingów, jak na współtwórcę nowego kierunku badawczego przystało.

Dziś, po dekadzie od przełomowych publikacji Strogatza, Wattsa, Barabásiego, badania sieci złożonych stały się jednym z najgorętszych kierunków badawczych, przyciągających uwagę fizyków, matematyków, socjologów, ekonomistów, lingwistów, a nawet historyków. Trudno, by było inaczej, skoro nieustannie rozwija się sieć sieci – Internet oraz sieci teleinformatyczne (zwłaszcza komórkowe), stwarzając coraz szersze pole naukowych eksperymentów w niebywałej skali: badanie sieci o setkach milionów węzłów, a takie przecież rozmiary mają struktury Google czy Facebooka.

Jak z każdą modą bywa, inspiruje ona nie tylko wartościowe badania, lecz również projekty wątpliwej jakości. Socjologowie zaangażowani w badanie sieci zarzucają fizykom, że ulegają pokusie redukcjonizmu i nie dostrzegają, że rzeczywistość społeczna różni się jednak od świata bezdusznych atomów. Najlepszym przykładem jest jeden z ulubionych tematów nauki o sieciach: rozprzestrzenianie się wirusów i idei (które często traktuje się metaforycznie jako wirusy umysłu). Dynamika obu procesów jest bardzo podobna, zależy w dużym stopniu od struktury sieci, w której przebiega proces zarażania. Sam jednak mechanizm zarażenia jest inny w przypadku np. wirusa grypy, a inny, gdy chodzi o modę na Harry’ego Pottera.

Wiemy, gdzie jesteś i gdzie będziesz

Barabási, fizyk z krwi i kości, także ulega pokusie wyszukiwania uniwersalnych praw natury dających wyrazić się matematycznie. W najnowszych swych zmaganiach podjął wyzwanie, jakie zdefiniował przed dwustu laty Pierre Simon de Laplace, mówiące, że znając historię cząsteczek oraz prawa przyrody, można przewidzieć przyszłość, czyli położenie cząsteczek w przyszłości. Węgierski fizyk modyfikuje program Laplace’a, pytając, czy i do jakiego stopnia przewidywalni są ludzie? Bardzo łatwo można poszukać odpowiedzi na to pytanie w epoce, kiedy niemal każdy zostawia po sobie historię zapisaną za pomocą danych zarejestrowanych na twardych dyskach operatorów sieci komórkowych i Internetu.

W lutym 2010 r. Barabási wraz z zespołem opublikował w „Science” artykuł relacjonujący niezwykłe badania. Uczeni wybrali spośród 10 mln abonentów jednej z sieci komórkowych 50 tys. osób. Na podstawie danych od operatora z poprzednich kilku miesięcy, zawierających m.in. informacje o położeniu geograficznym badanych, obliczyli dla każdego stopień przewidywalności, który weryfikowali sprawdzając, czy przyszłe lokalizacje badanych zgadzają się z przewidywaniami. Okazało się, że średnie prawdopodobieństwo właściwej prognozy wynosi 93 proc.! Nie to jednak najbardziej zdumiało badaczy. Najbardziej zaskoczył brak zróżnicowania między uczestnikami badanej próbki: przewidywalność żadnej z osób nie była niższa niż 80 proc. Barabási liczył, że ludzie tacy jak on – typowi współcześni nomadzi, podróżujący z konferencji na konferencję po całym świecie – powinni być trochę bardziej ekscentryczni. Węgierski fizyk zbadał pod tym kątem nawet samego siebie, rejestrując informacje za pomocą zegarka z odbiornikiem GPS. Okazało się, że jest przewidywalny w 80 proc., podobnie jak najbardziej krnąbrni przedstawiciele próbki z badań nad danymi z sieci komórkowej.

Artykuł w „Science” wieńczy konkluzja: „Naszym celem nie było dokładne przewidywanie miejsc pobytu użytkowników sieci. Niemniej jednak odpowiednie algorytmy analiz danych byłyby w stanie wykorzystać odkrytą przez nas przewidywalność w rzeczywistą możliwość prognozowania zachowań mobilnych. Co najważniejsze, nasze wyniki pokazują, że opracowanie dokładnych modeli predyktywnych dla procesów związanych z ludzką mobilnością, od rozprzestrzeniania się epidemii, przez planowanie miejskie, po inżynierię ruchu, jest możliwe z naukowego punktu widzenia. Schodząc głębiej, do bardziej fundamentalnych kwestii, wyniki te pokazują, że mimo głęboko zakorzenionego w nas pragnienia zmienności i spontaniczności nasza codzienna mobilność w istocie charakteryzuje się głęboko zakorzenioną regularnością”.

W najnowszej książce, zatytułowanej „Bursts” (Wybuchy) i opublikowanej w połowie 2010 r., Barabási pozwala sobie na bardziej rozbudowany komentarz do swych badań. Snując rozważania nad ludzką przewidywalnością, wspiera się kilkoma opowieściami. Jedna z nich to historia powstania Szeklerów z początku XVI w., zainicjowanego przez Jerzego Dożę, a zakończonego krwawą rzezią buntowników. Fizyk, z pochodzenia Szekler, zastanawia się, na ile przebieg wydarzeń i ich finał były zdeterminowane, na ile były zaś dziełem zwykłego przypadku. Kończy konkluzją, że ludzie, owszem, są przewidywalni w niezwykłym stopniu, a dzięki badaniom nad złożonymi sieciami powstają coraz doskonalsze instrumenty socjoinżynierii, kryjące w sobie totalitarny potencjał. Przed realizacją tego potencjału chroni nas jednak wpisana w naturę rzeczy przypadkowość.

Polityka 01.2011 (2789) z dnia 07.01.2011; Nauka; s. 86
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Nauka

Skąd dramatyczne wahania liczby infekcji covid-19?

Czym tłumaczyć gwałtowny spadek raportowanych zakażeń koronawirusem? Rozmawiamy z dr. Franciszkiem Rakowskim z ICM, który modeluje przebieg pandemii od samego jej początku.

Karol Jałochowski
26.11.2020
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną