Met een ingenieuze opstelling tonen wetenschappers aan dat een theoretisch fenomeen ook daadwerkelijk in de natuur voorkomt. Een doorbraak in de fundamentele wetenschap.
‘Die zagen we niet aankomen’. Van elektriciteitscentrales tot databases doet het effect zich voor. Als je twee (of meer) systemen aan elkaar koppelt is het soms maar afwachten wat het resultaat is. Door terugkoppelingen van het ene op het andere systeem kunnen zich onverwachte effecten voordoen.
Dat staat bekend als de theorie van netwerkinterdependentie, dertien jaar geleden beschreven door Shlomo Havlin, Eugene Stanley en collega’s in een artikel in Nature. Het leidde tot een heel nieuw veld van onderzoek. “Interdependente netwerken hebben een heel eigen dynamiek”, benadrukt de Delftse hoogleraar Piet Van Mieghem. Hij leidt een sectie genaamd Network Architecture and Services die onder meer dit soort verschijnselen onderzoekt. “We kijken naar netwerken en daar weten we veel van, maar hoe netwerken op elkaar inwerken begrijpen we niet goed genoeg.”
Wiskundig viel het principe te bewijzen, maar dat is nog iets anders dan dat je het echt in een experiment kunt aantonen. Dat is nu gebeurd. Geïnspireerd door de theorie van Havlin heeft collega Aviad Frydman van de Israëlische Bar-Ilan universiteit een opstelling gemaakt die het aantoont. Hij deed dat door twee netwerken naast elkaar te leggen die in een staat van supergeleiding waren, wat wil zeggen dat ze geen elektrische weerstand hebben. Als zo’n systeem warmer wordt, dooft die supergeleiding uit en gaat geleidelijk over in normale geleiding. Elk systeem heeft daarvoor een eigen kritische temperatuur, die is vooral afhankelijk van het gebruikte materiaal.
Een abrupte overgang
In het experiment bleven de elektronenstromen van beide systemen van elkaar gescheiden, maar de warmte die erbij vrijkwam werd uitgewisseld. Zo beïnvloedden de processen in de twee supergeleiders elkaar. Het resultaat was precies wat netwerkinterdependentie voorspelt: de warmtekoppeling zorgde ervoor dat beide systemen plots en tegelijk omsloegen naar normale geleiding, in plaats van ‘geleidelijk uit te doven’. In een artikel in Nature Physics deze maand beschrijft Frydman hoe ze deze abrupte overgang wisten te meten.
“De natuur volgt het wiskundige principe”, stelt Van Mieghem tevreden. “We hebben iets waargenomen dat we niet eerder in de natuurkunde hebben gezien.” Hoewel netwerkinterdependentie vooral berucht is door de storingen die het veroorzaakt, benadrukt hij de potentiële voordelen. “Twee netwerken veroorzaken een koppeling, dat is nu duidelijk. Als je die koppeling kent, dan kun je de systemen erop bouwen.” Het is bepaald niet ondenkbaar om toepassingen te verzinnen die juist profijt hebben van dit effect.
Maar voorlopig zijn we nog vooral in de ‘probeerfase’, zoals de Delftse hoogleraar het noemt. Gekoppelde systemen worden al gauw veel te ingewikkeld om te bevatten met de kennis van nu. Klimaatverandering is een berucht voorbeeld, waarbij het op elkaar inwerken van processen die op zich bekend zijn, tot een onvoorspelde uitkomst kunnen leiden.
Voor Van Mieghem onderstreept het experiment van Frydman c.s. bovenal het belang van een brede blik. “Als je elektrisch denkt, ga je nooit aan een warmtekoppeling denken. Je wilt die warmte vooral kwijt, je systeem uit. Maar die warmte is er nu eenmaal. Je kunt er ook gebruik van maken. Daarvoor moet je naar het geheel kijken.”
Lees ook:
Zo worden onze versleutelde data quantumproof
De quantumcomputer is er nog niet maar vormt nu al een bedreiging voor het digitale verkeer. Hoe kunnen systemen zich verdedigen tegen aanvallen op hun versleutelde data?
