Статья Харта и др. в журнале PNAS, опубликованная 6 декабря, описывает их подход и приводит четыре урезанных примера, где он мог бы быть применен.

"За последние 14 лет мы написали серию работ, показывающих, что в экологии этот нисходящий подход очень эффективен и раскрывает закономерности в экосистемах", - говорит Харт. "Он точно предсказывает экологические закономерности, такие как соотношение видов и ареала (как разнообразие увеличивается с увеличением площади участка), а также распределение численности и размеров тела видов. Но шесть лет назад мы обнаружили, что когда экосистема сильно нарушена - и в результате изменяются свойства на системном уровне, - тогда нисходящий подход с треском проваливается". Итак, Харт и его коллеги задались целью разработать теорию, которая могла бы описывать как динамику на системном уровне, так и распределения вероятностей, характеризующие системные компоненты для сложных систем, находящихся в постоянном движении.

Помехи и двусторонняя обратная связь, которые они могут вызывать, проявляются во многих типах систем. В случае пандемии обычные восходящие уравнения восприимчивости-инфицированности-выздоровления (SIR) помогают измерить вероятность того, что человек может заболеть из-за близости к инфицированному человеку. Однако чего этот подход не учитывает, так это взаимодействия между микро- и макромасштабами. По мере роста числа случаев заболевания на макроуровне отдельные люди могут обратить на это внимание и изменить свое поведение, что приведет к снижению уровня заболеваемости.

Аналогичным образом, в экономике на решения людей о том, устраиваться на работу или не совершать покупку, влияют такие свойства системного уровня, как рост ВНП и темпы инфляции. Между тем потребительские расходы являются движущим фактором экономики и могут повлиять на экономический рост или спад.

В 2021 году Харт и его коллеги впервые представили свой новый подход в журнале Ecology Letters в статье "DynaMETE: гибридная теория Максента плюс механизма динамической макроэкологии". Проверив свою теорию на данных из сильно нарушенного леса в Панаме, команда показала, что их гибридная модель может объяснить изменения в распределении видов. Теперь авторы обобщают свою модель для возможного применения в других сценариях.

"Эта модель позволяет нам вычислять вещи, которые раньше не поддавались вычислению", - говорит Харт. "В этих двухуровневых системах, когда существует влияние как сверху вниз, так и снизу вверх, как вы рассчитываете, когда система нарушена, как система и отдельные люди будут реагировать с течением времени? Раньше не существовало адекватной теории. Эта теория позволяет нам предсказывать траекторию переменных системного уровня и распределение вероятностей отдельных частей в этой системе."

Харт предлагает проверить теорию в баке для сжигания топлива - простой термодинамической системе - и говорит, что необходимы другие тесты. "Самым большим озарением здесь было осознание важности этого вопроса. Мы считаем, что эта теория хороша, но, возможно, она неверна. Это все еще предстоит протестировать на многих типах систем".

В неравновесной термодинамике, такой как предложенный эксперимент с резервуаром для сжигания, предсказание распределения вероятностей молекулярных кинетических энергий было пограничной проблемой. "Это не поддавалось расчету", - говорит Харт.

Гибридная теория предлагает новый способ изучения динамики, будь то в контролируемых лабораторных условиях или в некоторых из наиболее волнующих и критических проблем, стоящих перед человечеством, от изменения климата и пандемий до экономической нестабильности.