Nieuwe hoogleraar Theoretische Natuurkunde: 'De problemen die ik bestudeer kunnen overal uit de maatschappij komen'
De financiële sector, productieprocessen en voedselketens. Niet bepaald onderwerpen waar de gemiddelde natuurkundige zich mee bezighoudt, maar wel voor nieuwe hoogleraar Diego Garlaschelli. De rode draad? Complexe netwerken.
‘Mijn vakgebied ligt buiten het gebruikelijke speelveld van natuurkundigen. Dat maakt het zo leuk’, zegt Garlaschelli, die sinds 1 november is benoemd tot hoogleraar Theoretische natuurkunde, in het bijzonder op het gebied van netwerken en complexe systemen.
Netwerken zijn overal om ons heen
Garlaschelli zoekt naar universele kenmerken van netwerken, van wegen tot sociale netwerken of het World Wide Web. Je kunt je een eenvoudig netwerk voorstellen als knooppunten die met elkaar verbonden zijn. Dit wordt al snel complexer als sommige knooppunten dichter met elkaar verbonden zijn of als de aard van de verbinding varieert. Stel je vervolgens voor dat het netwerk zo groot is als landen of zelfs de hele aardbol, en je krijgt een idee van Garlaschelli's werk.
De nieuw benoemde professor is geïnteresseerd in processen binnen zulke netwerken. ‘Als een van de knooppunten een schok krijgt, probeer ik te begrijpen hoe dat zich door het netwerk verspreidt en de andere knooppunten beïnvloedt’, zegt hij. ‘Vooral in situaties waarin je niet alle verbindingen kunt zien. Als bijvoorbeeld één persoon besmet is met een ziekte, hoe verspreidt die zich dan? En hoe kunnen we relevant beleid aanpassen, zelfs als de informatie onvolledig is? Statistische fysica vult de gaten als er informatie ontbreekt. Ik hou van dat raakvlak met maatschappelijk relevante problemen.’
‘We ontwikkelden methodes die er echt toe deden’
Die problemen kunnen uit elk vakgebied komen. ‘Na de financiële crisis in 2008 realiseerden centrale banken en toezichthouders zich dat ze hun risicobeoordeling moesten verbeteren’, begint Garlaschelli. ‘Banken lenen elkaar geld. Dus als er één omvalt, heeft dat een domino-effect. Het risico hangt daarom sterk af van de structuur van het netwerk, maar daar hielden ze geen rekening mee. Wij hielpen met onze expertise.’
‘Hoe globaler de wereld wordt, hoe relevanter het is om netwerken goed te begrijpen.’
‘Een ander project waar ik aan werk gaat over productieprocessen’, vervolgt hij. ‘Er is veel interesse in hoe schokken zich verspreiden over productienetwerken sinds hele sectoren moesten sluiten tijdens corona. In dit geval zijn de knooppunten de bedrijven, maar de aard van de schakels kan variëren. Er wordt geld geruild voor verschillende producten of diensten. Dit was complexer dan de banken, dus hebben we met behulp van experts onze modellen aangepast.’
Niet al zijn projecten komen uit de economische hoek. Eén voorbeeld zijn voedselketens: wie eet wie? Of, zoals een natuurkundige het zou omschrijven, hoe stroomt energie door een netwerk van organismen? ‘Dit beïnvloedt de biodiversiteit en de beschikbaarheid van voedsel. Schokken kunnen klimaatverandering of menselijke invloeden zijn. Ik vind het interessant om te voorspellen hoe soorten beïnvloed zullen worden op basis van de beschikbare informatie,’ zegt Garlaschelli.
De gaten opvullen
Garlaschelli werkt samen met mensen uit allerlei vakgebieden, van sociale wetenschappers tot ecologen. ‘Dat is wat ik het leukst vind: leren van deze experts en begrijpen hoe ik kan helpen bij het oplossen van hun problemen. Samen kwamen we tot methoden die er echt toe doen.’ Een gemeenschappelijke factor in al zijn projecten is dat de data incompleet zijn. ‘Als een deel van een netwerk ontbreekt of verborgen is, moeten we het reconstrueren. Bijvoorbeeld wanneer we geen toegang hebben tot vertrouwelijke gegevens of observaties onvolledig zijn. Dan moeten we een realistisch model maken om de gaten op te vullen. Dat is een leuke uitdaging.’
Toen Garlaschelli 13 jaar geleden naar Leiden kwam, was netwerktheorie een relatief nieuw vakgebied. Volgens hem wordt het steeds relevanter. ‘Hoe globaler de wereld wordt, hoe meer netwerken met elkaar verbonden raken,’ legt hij uit. ‘Begrijpen hoe ze werken kan echt een verschil maken in de praktijk.’