De kwetsbaarheid van netwerken
Ingekorte versie van p. 131-142 van het boek Ten onder te boven (zie Paradigmaserie)
.
Neem nou iemand die geestelijk instort. Zijn leven wordt plotseling heel klein. Het wordt een zaak van overleven. Alles draait om het doorkomen van dag tot dag. Er is sprake van ontwrichting.
Ook bij een totale stroomstoring veranderen onze prioriteiten in één klap. Het allereerste wat we willen is thuis komen. En thuis willen we vooral onze basisbehoeften als water, voedsel, warmte en licht veiligstellen.
Dit patroon gaat steeds op, of het nu ecologische, technologische of sociale systemen zijn die ontwricht raken. Een grote brand vereenvoudigt niet alleen de ecologie in een regio. Ook het leven van de mensen die er wonen is naderhand niet meer hetzelfde.
Behalve ontwrichting heb je ook ineenstorting. Beide leiden tot een radicale versimpeling van een systeem. Maar ze verschillen wat betreft hun langetermijngevolgen.
Ontwrichting is niet rampzalig. Na een ontwrichting kan er nog iets gered worden. Na herstel wordt het misschien zelfs wel beter dan het vroeger was.
Een ineenstorting is veel schadelijker: de schade is van blijvende aard. En er blijft veel minder kennis, rijkdom of informatie achter om tijdens een vernieuwingsproces te benutten.
De kans dat een samenleving een ontwrichting doormaakt, neemt toe naarmate ze aan meerdere zware spanningen tegelijk wordt blootgesteld, speciaal wanneer deze spanningen zo samenvallen dat hun synergetisch effect oploopt en ook wanneer dit effect snel uitwaaiert door het grote aantal verbindingen tussen mensen, groepen, organisaties en technologieën.
Bij maatschappelijke spanningen kunnen we denken aan de wanverhouding tussen rijk en arm, de gevolgen van de decimering van het insectenleven, terroristische aanslagen, gierende inflatie, energietekorten, politieke onenigheid en blijvende klimaatverandering.
Wanneer een samenleving met een hele zwik problemen tegelijk wordt geconfronteerd, is ze niet echt in staat om deze probleem voor probleem aan te vatten. Cruciaal is daarom het begrip overbelasting. Een samenleving die met spanningen wordt overladen, raakt ontwricht. Of een samenleving overbelast raakt, hangt niet alleen af van de aard van de spanningen, maar ook van de vraag of ze in staat zal zijn zich eraan aan te passen.
Rijke, westerse, kapitalistische democratieën beschikken over een groot aanpassingsvermogen dat historisch gezien wellicht uniek is. Maar er zijn ook samenlevingen die als gevolg van armoede, milieuschade, lage opleidingsniveaus, chronisch binnenlands geweld en zwakke en corrupte overheden over een veel geringer aanpassingsvermogen beschikken.
Een samenleving met grote ongelijkheid zal kwetsbaarder zijn dan een meer egalitaire samenleving.
.
De algemene vuistregel luidt: hoe groter het aantal spanningen waar een samenleving onder gebukt gaat, en hoe ernstiger ze zijn, en hoe meer ze elkaar versterken, des te groter is de kans op sociale ontwrichting. Dat klinkt logisch. Maar er zijn nog twee factoren van invloed op de manier waarop spanningen op een samenleving inwerken. Dat zijn de kenmerken verbondenheid en snelheid.
In Silicon Valley zegt men wel: ‘Hoe meer onderlinge verbondenheid er is in onze wereld, hoe beter.’ Maar is dat wel zo?
Verbondenheid en snelheid kúnnen zich met spanningen verenigen om een breakdown waarschijnlijker en, wanneer deze plaatsvindt, ontwrichtender te maken. Ze fungeren dan als hefboom* of versterker.
Om dit te begrijpen helpt het om alle complexe systemen – waaronder de ontelbare economische, politieke, sociale en technologische systemen binnen onze eigen samenleving – als netwerken op te vatten. Ze bestaan uit verzamelingen van knooppunten en uit de verbindingen tussen deze knooppunten. Knooppunten kunnen machines, mensen, organisaties en zelfs complete landen zijn, terwijl een verbinding alles kan zijn dat materie, energie of informatie* tussen deze knooppunten vervoert.
De economie bestaat bijvoorbeeld uit knooppunten zoals bedrijven, fabrieken, werkgeversorganisaties en vakbonden, en banken en grote stedelijke gebieden; ook bestaat ze uit de verbindingen tussen deze knooppunten in de vorm van glasvezelkabels, elektriciteitsnetwerken, gaspijpleidingen, snelwegen en spoorwegen.
Naargelang samenlevingen moderniseren en rijker worden, worden hun netwerken complexer en sneller, en raken ze nauwer met elkaar verbonden: ze voegen meer knooppunten toe en meer schakels tussen deze knooppunten, en ze voeren de snelheid op waarmee zaken via deze verbindingen van knooppunt naar knooppunt bewegen.
De nieuwe schakelingen produceren horizontale verbindingen, waarbij ze soortgelijke entiteiten binnen een enkel niveau van sociale organisatie met elkaar verbinden – zo worden mensen bijvoorbeeld met mensen verbonden, steden met steden en landen met landen.
Ook bewegen ze zich verticaal door deze niveaus – zo wordt een persoon bijvoorbeeld aan een stad verbonden, die op haar beurt weer met een land is verbonden dat uiteindelijk weer aan een grote verzameling internationale organisaties en instituties is gekoppeld.
Hoe groot is de spanning die Trump veroorzaakt in ons complexe systeem en bereikt hij met zijn gedrag wel wat hij wil?
.
Onderzoekers hebben inmiddels heel wat opgestoken over de kosten en baten van grotere verbondenheid en snelheid. Doorgaans stuwt een grotere verbondenheid de economische productiviteit op door grotere markten te scheppen, waardoor bedrijven optimaal van schaalvoordelen kunnen profiteren en mensen en bedrijven aangemoedigd worden zich te specialiseren. Ook geldt dat wanneer mensen beter met elkaar verbonden zijn, zij elkaars ideeën, vaardigheden en middelen makkelijker kunnen combineren.
Een grotere snelheid houdt in dat er binnen een afgebakende periode meer goederen en diensten geproduceerd, vervoerd, verkocht en gekocht kunnen worden.
Gezamenlijk zorgen toegenomen verbondenheid en snelheid er meestal voor dat economieën en samenlevingen beter tegen schokken opgewassen zijn, omdat ze sneller kunnen reageren en uit een groter arsenaal van vaardigheden, middelen, kapitaal, goederen en diensten kunnen putten.
Maar dat is niet het complete verhaal.
De bewering uit Sillicon Valley dat meer verbondenheid altijd beter is, is maar half waar omdat we nauwelijks nog beschikken over de innovatie- of buffercapaciteit om verrassingen op te vangen.
Met zijn allen zijn we iets geworden wat deskundigen een ‘nauw-gekoppeld’ systeem noemen. Wanneer er in het hart van dit systeem iets fout gaat – bijvoorbeeld als midden op de snelweg de motor van je auto uitvalt – kunnen de gevolgen voor heel wat mensen zomaar catastrofaal uitpakken.
Dus is de eerste kostenpost van een grotere verbondenheid dat schade aan, of een schok binnen, één deel van een systeem sneller en verder uitwaaiert naar andere delen van het systeem – of het nu gaat om een stroomstoring, een computervirus of een plaatselijk faillissement.
Dat geldt in het bijzonder wanneer de knooppunten binnen het netwerk, of de elementen binnen het systeem, zo dicht op elkaar gepakt zitten dat de schakels waarlangs ze met elkaar verbonden zijn heel kort zijn – wat wil zeggen: wanneer ze nauw gekoppeld zijn. In dat geval kunnen problemen bij één knooppunt of element zich naar andere vertakken voordat er iemand kan ingrijpen.
Onze boeren zitten tegenwoordig zo dicht op elkaar dat er voor de natuur* geen ruimte blijft, met als gevolg een decimering van het insectenleven (dat een systeem op zich is).
.
Daar komt nog iets bij. Naarmate we meer verbindingen aanleggen tussen de knooppunten binnen onze technologische en sociale netwerken, ontwikkelen deze netwerken soms onverwachte verbindingspatronen die een ontwrichting waarschijnlijker maken. Ze kunnen bijvoorbeeld schadelijke terugkoppelingslussen – vicieuze cirkels* – voortbrengen die onevenwichtigheden versterken en die zelfs tot ineenstorting kunnen leiden.
Een beurskrach of financiële paniek is daar een voorbeeld van, omdat onverwachte verkopen van aandelen de prijzen omlaag jagen, wat weer tot angst op de aandelenmarkten en meer verkopen leidt, waardoor de prijzen nog verder onder druk komen te staan, enzovoort.
Tevens kunnen door de nieuwe verbindingen die we aanleggen voorheen gescheiden systemen of delen van systemen aan elkaar gekoppeld worden, zodat uitvallen en ongelukken die daarvoor geïsoleerd van elkaar optraden, nu op onverwachte en schadelijke manieren uitwaaieren.
Waar de managers de losse onderdelen van het systeem meestal wel begrijpen, hebben ze onvoldoende oog voor wat er kan gebeuren wanneer al die losse elementen zich met elkaar verenigen – met andere woorden: ze zijn niet echt in staat het systeem als geheel te overzien.
De systemen raken zo complex en onderling verbonden dat ze emergente eigenschappen* beginnen te vertonen – het geheel wordt meer en anders dan de som van zijn delen. Wie er als manager de leiding heeft, anticipeert dan onvoldoende op alle mogelijke combinaties van uitvallende onderdelen, of op de mogelijke negatieve synergie van gecombineerde uitval, wat uiteindelijk op een ramp kan uitlopen.
Dit kan gebeuren in technologische systemen maar evengoed in sociale systemen die sterk onderling verbonden zijn. Welbeschouwd is de scheidslijn tussen technologische en sociale systemen nooit scherp te trekken, en zijn praktisch alle systemen waar we ons op verlaten – van het elektriciteitsnet tot banken tot overheden – complexe combinaties van machines, mensen en organisaties. In een wereld van almaar toenemende verbondenheid en snelheid komen onvoorziene interacties tussen voorheen gescheiden systemen steeds vaker voor; hetzelfde gaat op voor onvoorziene combinaties van uitval binnen systemen. En de kans dat een of meerdere van deze combinaties een ontwrichting veroorzaken, neemt toe.
Als het management al beschikt over de instrumenten en de wil om een probleem serieus aan te pakken, dan pakt het de zaak vaak precies verkeerd aan, zoals Meadows* vertelt.
.
Er bestaan twee soorten netwerken: willekeurige netwerken en schaalvrije netwerken. Ze vertonen verschillende patronen voor de aaneenschakeling van hun knooppunten.
Figuur 1: Voorbeeld van een willekeurig netwerk, het Amerikaanse snelwegenstelsel.
Een willekeurig netwerk heeft veel weg van het snelwegennet. Daarbinnen vormen de kleine en grote steden de knooppunten terwijl de wegen de verbindingsschakels vormen. Binnen dergelijke netwerken hebben de meeste knooppunten een bescheiden aantal verbindingen met andere knooppunten. Een klein aantal beschikt over weinig verbindingen èn een klein aantal beschikt juist over veel verbindingen. Maar geen enkel knooppunt beschikt over een zeer groot aantal verbindingen met andere knooppunten. Dat gaat nu eenmaal niet met autowegen.
Figuur 2: Voorbeeld van een schaalvrij netwerk, het Amerikaanse luchtverkeersnet.
Anders is het bij luchtwegen. Een schaalvrij netwerk heeft veel weg van het luchtverkeersnet. Daarbinnen beschikken de kleine vliegvelden over weinig verbindingen, terwijl een paar knooppunten, de zogenaamde hubs, enorm veel verbindingen met andere knooppunten hebben.
Verrassend veel netwerken in de wereld – of ze nu natuurlijk of kunstmatig zijn – hebben veel weg van het luchtverkeerssysteem. Zo zijn de meeste ecosystemen, het internet, grote elektriciteitsnetten, systemen voor de distributie van benzine en de moderne netwerken voor de voedselvoorziening allemaal schaalvrije netwerken – dus netwerken met hubs.
Er is een groot verschil in veerkracht* tussen willekeurige en schaalvrije netwerken.
In een willekeurig netwerk kan het verlies van een klein aantal knooppunten er al toe leiden dat het totale netwerk zijn samenhang verliest. Dat wil zeggen dat het in losgekoppelde subnetwerken uiteenvalt.
In een schaalvrij netwerk zal het verlies van een klein aantal knooppunten het totale netwerk niet ontwrichten, omdat de meeste knooppunten over heel weinig verbindingen beschikken. Maar dit algemene principe kent één groot voorbehoud: als een schaalvrij netwerk een hub kwijtraakt, kan dat wél rampzalige gevolgen hebben, omdat er zoveel andere knooppunten van die hub afhankelijk zijn.
Een ecosysteem telt bijvoorbeeld een zeker aantal ‘hoeksteensoorten’ – soorten die noodzakelijke diensten, als bijvoorbeeld bestuiving, voor een groot scala aan andere soorten verzorgen. Deze hoeksteensoorten fungeren in wezen als hubs binnen het grotere netwerk van soorten in het ecosysteem. Als er voldoende van deze hubs verloren gaan, kan het hele ecosysteem ineenstorten.
De vraag is nu hoe dicht we het punt genaderd zijn dat dit laatste gaat gebeuren.
.
Als onze schaalvrije netwerken groeien – dus als ze meer knooppunten toevoegen – hebben deze nieuwe knooppunten de neiging bij de al bestaande, sterk verbonden hubs aan te haken. Nieuwe e-mailgebruikers sluiten zich doorgaans bij reeds gevestigde, veelgebruikte servers aan, en nieuwe boerderijen verkopen hun voedsel veelal aan de grote en dominante voedseldistributeurs.
Ook geldt dat, als reeds bestaande knooppunten nieuwe verbindingen met elkaar aanknopen, ze dat meestal doen met de grootste en best verbonden hubs. Dominante webpagina’s als amazon, google en booking hebben de neiging de grote meerderheid van alle nieuwe links van andere pagina’s naar zich toe te trekken.
Dus leidt toenemende connectiviteit binnen een schaalvrij netwerk ertoe dat de toch al overheersende hubs nog dominanter worden. Dat kan tot gevolg hebben dat het netwerk kwetsbaarder wordt voor aanvallen die rechtstreeks tegen deze hubs zijn gericht. Zodra een hub al dan niet opzettelijk beschadigd raakt, kunnen de gevolgen snel en ver uitwaaieren.
Hoe kan dat bijvoorbeeld in zijn werk gaan?
In het netwerk van de totale menselijke bevolking vormen steden hubs. Zij kunnen bijvoorbeeld een krachtige rol spelen bij het verspreiden van nieuwe ziektes. In de gigantische favela’s van São Paulo, New Delhi, Dhaka, Calcutta, Lagos en Mexico-stad zijn de gezondheidszorgvoorzieningen zeer beperkt. Vooral vanwege de belabberde luchtkwaliteit en de watervervuiling tieren ademhalings- en darminfecties er toch al welig en zijn selectieve quarantainemaatregelen er niet mogelijk. En leden van de plaatselijke elites die regelmatig over de wereld reizen, wonen er vlakbij. Zodra een hardnekkige ziektekiem zich er gevestigd heeft, zullen arme stedelijke zones als zogenoemde ‘epidemiologische pompen’ gaan fungeren. Dat wil zeggen: zij worden hubs die als permanente ziektereservoirs dienst doen en de ziektekiemen voortdurend in de wereldbevolking pompen.
Hubs zijn kwetsbaar voor terroristische aanslagen. We moeten dus ook vrezen voor een goed gecoördineerde aanval op de schaalvrije netwerken die ons van onze essentiële goederen en diensten voorzien – met name van energie, informatie en voedsel. Onze energiesystemen, die alles omvatten van gaspijpleidingen tot het elektriciteitsnet, tellen talloze hubs zoals olieraffinaderijen, opslagterreinen van olietanks en transformatoren. De meeste zijn makkelijk benaderbaar of toegankelijk. Een goed getimede aanval op enkele cruciale hubs kan verwoestende gevolgen hebben.
Net zo kwetsbaar is ons systeem van supermarkten, dat in duigen valt als de toelevering om de een of andere reden faalt. Zo bracht een staking van vrachtwagenchauffeurs in Engeland in het jaar 2000 de economie in drie dagen op de rand van de afgrond. Het land was nog slechts één dag verwijderd van voedselrantsoenering en relletjes toen de staking beëindigd werd.
In Rotterdam legde eind juni 2017 een computervirus twee containerterminals langdurig plat. Pas na vier dagen kon met één terminal weer voorzichtig gestart worden, om te beginnen met de verwerking van containers vol bederfelijke waar…
.
Ook een opeenhoping van spanningen kan een systeem op den duur minder flexibel en veerkrachtig maken. Net zoals een uitgedroogde stok makkelijker te breken is dan levend hout, wordt ook een systeem dat aan te veel druk van buitenaf wordt blootgesteld of aan plotselinge scherpe schokken, veelal fragieler.
Wanneer vervuiling, uitputting van de grond, overbevissing of een andere langetermijnspanning ernstige schade aan visgronden, bossen en landbouwgronden toebrengt, kan een ecosysteem veel van zijn veerkracht verliezen en een groter gevaar van ineenstorting lopen. De overbevissing van de grote kabeljauwscholen in noordoost Amerika ging aan het begin van de jaren negentig van de vorige eeuw door totdat een onomkeerbaar kantelpunt werd bereikt. Er was sprake van een ineenstorting in plaats van een ontwrichting.
In de geschiedenis komen we ook heel wat voorbeelden van beschavingen tegen die door een combinatie van meervoudige spanningen en uitgeholde veerkracht de afgrond van de ineenstorting zijn ingeduwd.
De val van Rome* is daarvan een voorbeeld. Het ging gepaard met een scherpe afname van complexiteit. Steden werden kleiner, administraties werden niet meer bijgehouden, de interregionale handel verpieterde. Mensen grepen terug op veel simpelere technologieën uit de voor-Romeinse tijd.
Naar hedendaagse maatstaven verliep deze transformatie bepaald niet snel. Hij duurde een paar eeuwen. Dat zal nu anders zijn. Als er nu een sociale ontwrichting plaatsvindt – of deze zich nu in één land, een aantal landen of over de hele wereld tegelijk voordoet, en of de gevolgen nu beperkt of ernstig zijn – we kunnen er zeker van zijn dat deze val zich niet met hetzelfde kalme tempo zal voltrekken.
Vandaag de dag zijn onze wereldwijde sociale, technologische en ecologische systemen zo nauw met elkaar verbonden en opereren ze met zo’n hoge snelheid, dat de duur van een toekomstige ineenstorting kort en krachtig* zal zijn.*
De toegenomen verbondenheid en snelheid van onze samenlevingen hebben nog een laatste onrustbarend effect. In het verleden bleven gevallen van uitwaaierende uitval meestal tot één systeem beperkt – zoals tot het elektriciteitsnet of tot het bancaire systeem. Nu is de kans veel groter dat dergelijke uitvallen naar andere systemen overspringen.
Elk systeem volgt een ontwikkelingsgang* van een begin naar een einde, zoals Wallerstein* dat toepast op het wereld-systeem.
