Trigger Determination and Evaluation of Capability Emergence in Combat Systems Based on Self-Organized Criticality Phase Transition

في عالم الحروب الحديثة، لم يعد الدفاع الأقوى يتمثل في سلاح واحد لا يُقهر، بل في شبكة واسعة ومترابطة من المستشعرات والقادة والمصدات التي تعمل معاً. يعتمد هذا المفهوم، المعروف باسم "نظام الأنظمة"، على فكرة أن مجموعة من الوحدات يمكن أن تنتج نتيجة أكبر بكثير من مجرد المجموع البسيط لأجزائها الفردية. ومع ذلك، فإن هذه القوة الإضافية، التي تُسمى غالباً "الانبثاق" (emergence)، يصعب التنبؤ بها بشكل كبير؛ فهي تظهر تلقائياً عندما تكون الظروف مناسبة تماماً، ولكن يمكنها أيضاً أن تتلاشى بنفس السرعة. وبالنسبة للمخططين العسكريين، كان التحدي يكمن في فهم متى تحدث هذه الدفعة السحرية بالضبط وكيفية قياسها، بدلاً من مجرد الأمل في تحقيق الأفضل. ولحل هذه المعضلة، يتجه الباحثون إلى فرع من الفيزياء يدرس كيفية تنظيم الأشياء المعقدة لنفسها، مثل كيف تتحول كومة من الرمل فجأة عند إضافة حبة واحدة، أو كيف ينتشر حريق غابة. وتشير هذه المجالات إلى أن الأنظمة المعقدة تتطور طبيعياً نحو "نقطة تحول" حيث يمكن للتغييرات الصغيرة أن تؤدي إلى استجابات ضخمة ومنسقة.

قام فريق من الباحثين من جامعة هندسة القوات الجوية في شيان، الصين، بتطوير طريقة جديدة لرصد نقطة التحول هذه في أنظمة الدفاع الجوي والصاروخي. وقد ركزوا على نوع محدد من شبكات الدفاع المصممة لإيقاف الصواريخ الجوالة والصواريخ البالستية والطائرات المعادية. وبدلاً من محاولة تتبع كل رادار وصاروخ ككيان منفصل، عامل الباحثون الشبكة بأكملها كشبكة رقمية من الخلايا الصغيرة المتفاعلة. في نموذجهم، تمثل كل خلية وحدة قتالية، مثل رادار أو بطارية صواريخ، وتتغير حالة الخلية بناءً على ما يفعله جيرانها. ومن خلال مراقبة كيفية تفاعل هذه الخلايا، استطاع الفريق رؤية كيف ينتقل النظام من حالة النشاط المتفرق والمستقل إلى حالة من القوة الموحدة والمتزامنة.

اكتشف الباحثون أن هذا التحول يحدث عند استيفاء شرطين محددين في آن واحد. أولاً، يجب أن يصل عدد الوحدات النشطة إلى كثافة معينة؛ ففي عمليات المحاكاة التي أجروها، بدأ النظام في تغيير سلوكه عندما كان أكثر من 25 بالمائة من الوحدات منخرطة بنشاط. ثانياً، كان لزاماً أن يصبح نمط هذه الوحدات النشطة معقداً بما يكفي لملء الفضاء بطريقة ذاتية التشابه، وهي خاصية قاسوها باستخدام قيمة أطلقوا عليها اسم "بُعد الصندوق" (box-counting dimension). وعندما ارتفعت هذه القيمة إلى ما يقرب من 1.89، كان ذلك إشارة إلى أن النظام قد نظم نفسه في هيكل عالي الكفاءة. ومن خلال الجمع بين هذين القياسين، أنشأ الفريق محفزاً موثوقاً يمكنه إخبارهم باللحظة الدقيقة التي أوشك فيها النظام على "الاستيقاظ" ليصبح أكثر قوة بشكل ملحوظ.

ولإثبات نظريتهم، أجرى الفريق محاكاة تفصيلية لهجوم مشبع، حيث واجه نظام دفاعي موجات من التهديدات القادمة من اتجاهات متعددة. وراقبوا تطور النظام على مدار 100 ثانية. في أول 35 ثانية، عملت الوحدات الدفاعية بشكل مستقل في الغالب، حيث لم تتجاوز قوتها المجتمعة بالكاد ما هو متوقع من مجرد جمع قدراتها الفردية. ولكن عند علامة الـ 35 ثانية، وصل النظام إلى العتبة الحرجة؛ وفجأة، بدأت الوحدات في التزامن، وقفزت القدرة الدفاعية. ووجد الباحثون أنه بمجرد تحفيز هذا الانبثاق، قفزت قدرة النظام على اعتراض التهديدات بنسبة 23.7 بالمائة مقارنة بما كانت ستتنبأ به عملية حسابية بسيطة للقوى الفردية. وهذا يعني أن الشبكة كانت تفعل أكثر من مجرد جمع أجزائها؛ لقد كانت تخلق مستوى جديداً وأعلى من الأداء.

كما قدمت الدراسة طريقة جديدة لقياس "المسافة" بين الحالة التي بدأ بها النظام والحالة التي انتهى إليها، وذلك باستخدام أداة رياضية تقارن بين نمطين مختلفين. قبل أن يحفز النظام انبثاقه، كان الفرق بين حالته الأولية وحالته الحالية صغيراً. أما بعد المحفز، فقد نما هذا الفرق بشكل كبير، مما أكد أن النظام قد خضع لتغيير هيكلي جوهري. وأشار الباحثون إلى أن هذه الدفعة في الأداء لم تكن مجرد طفرة مؤقتة، بل كانت حالة مستدامة حيث يمكن للنظام التعامل مع تهديدات متعددة في وقت واحد بكفاءة أعلى بكثير. فعلى سبيل المثال، تحسنت القدرة على تتبع واعتراض أنواع مختلفة من الصواريخ بشكل كبير، حيث ارتفعت كفاءة التنسيق بأكثر من 55 بالمائة.

كانت واحدة من أهم النتائج هي أن هذه الحالة القوية هشة؛ فقد أظهرت عمليات المحاكاة أنه إذا كانت الوحدات منفصلة للغاية، فلن تتمكن من التنسيق. ولكن إذا كانت مرتبطة ببعضها البعض بإحكام شديد، فسيصبح النظام صلباً ويفقد مرونته. إن "النقطة المثالية"، حيث يحقق النظام أفضل أداء، هي حالة "حافة الفوضى" (edge of chaos)، حيث تكون الوحدات متصلة بما يكفي لتبادل المعلومات ولكنها حرة بما يكفي للتكيف مع التهديدات الجديدة. ووجد الباحثون أنه عندما تكون قوة الاتصال بين الوحدات معتدلة وتكون أفعالها غير متزامنة قليلاً، يحقق النظام أقصى إمكاناته. ويشير هذا إلى أن أفضل الشبكات الدفاعية ليست تلك التي تتحرك فيها كل وحدة في انسجام تام، بل تلك التي تحافظ على توازن ديناميكي واستجابي.

يوفر هذا العمل مجموعة ملموسة من الأدوات للمهندسين والقادة لتقييم أنظمتهم. فبدلاً من التخمين متى ستعمل الشبكة بشكل جيد، يمكنهم الآن البحث عن علامات محددة: كثافة معينة للوحدات النشطة ومستوى محدد من التعقيد الهيكلي. وإذا كانت هذه العلامات موجودة، فمن المرجح أن يكون النظام في حالة يمكنه فيها توليد قوة انبثاقية. وقد تحقق الباحثون من صحت منهجهم عبر تشغيل المحاكاة باستخدام 21 وحدة قتالية مختلفة، بما في ذلك رادارات الإنذار المبكر، وأنظمة التتبع، ومختلف بطاريات الصواريخ. وأظهرت النتائج باستمرار أنه عندما تجاوز النظام العتبات المحددة، كان تأثير الانبثاق حقيقياً، وقابلاً للقياس، وجوهرياً.

لا يدعي هذا البحث حل مشكلة الحرب أو إنشاء نظام دفاع مثالي، بل يقدم طريقة صارمة لفهم وقياس اللحظة التي يصبح فيها نظام الدفاع المعقد فعالاً حقاً. ومن خلال معاملة النظام كمجموعة من الأجزاء المتفاعلة التي يمكن أن تمر بتحول طوري، يشبه تحول الماء إلى جليد، قدم الفريق خريطة واضحة لتحديد متى يكون النظام جاهزاً للأداء في ذروته. وتشير النتائج إلى أن مفتاح إطلاق العنان لإمكانات النظام الكاملة يكمكم في إدارة كثافة وتعقيد تفاعلاته، وضمان بقاء الشبكة في تلك المنطقة الحرجة حيث يمكن للأفعال الصغيرة أن تؤدي إلى انتصارات كبيرة ومنسقة.