自己組織化臨界制御

応用物理学では、自己組織化臨界の制御という概念は、自己組織化システムがエネルギーを散逸させるプロセスを制御することを指します。制御の目的は、自己組織化システムのエネルギー散逸バースト（しばしば雪崩と呼ばれる）の発生確率と規模を低減することです。自己組織化臨界システムにおけるエネルギーの低エネルギー状態への散逸は、通常、ある種のべき乗則分布に従うあらゆる規模の雪崩に依存しており、大規模な雪崩は損害や混乱を引き起こす可能性があるため、社会にとってコストがかかる場合があります。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

自己組織化臨界を制御するという問題に対処するために、いくつかの戦略が提案されている。

1. 制御された雪崩の設計。Daniel O. CajueiroとRoberto FS Andrade は、適切に定式化された小規模および中規模の雪崩がシステム内で外部から引き起こされると、システムのエネルギーが放出され、大規模な雪崩の発生頻度が低くなることを示している。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}
2. 雪崩が広がるネットワークの相互依存度の変化。Charles D. Brummitt、Raissa M. D'Souza、およびEA Leicht は、複雑ネットワーク上の自己組織化臨界システムのダイナミクスは、複雑ネットワークの接続性に依存することを示しています。彼らは、ある程度の接続性は有益である（システム内の最大のカスケードを抑制するため）一方で、接続性が多すぎると、非常に大きなカスケードが発生する余地が生まれ、システムの容量が増大することを発見しました。^{[ 4 ]}
3. 自己組織化システムの堆積プロセスの改変。ピエール＝アンドレ・ノエル、チャールズ・D・ブラミット、ライッサ・M・ドゥソウザは、雪崩が始まる場所を調整することで、自己組織化システムの自然な堆積プロセスを変更し、自己組織化システムを制御できることを示している。^{[ 5 ]}
4. 連鎖的故障の局所的な閾値を動的に変更する。送電網のモデルにおいて、Heiko Hoffmann と David W. Payton は、ランダムに回線をアップグレードする (予防保守のようなもの) か、故障した回線をランダムな故障閾値までアップグレードすると、自己組織化された臨界性が抑制されることを示した。^{[ 6 ]}明らかに、これらの戦略は、大規模な臨界クラスターの自己組織化を損なう。ここで、臨界クラスターとは、故障閾値に近く、トリガーされると完全に崩壊する送電線の集合である。

自然界や社会において発生するいくつかの事象があり、これらの制御の考え方はそれらを回避するのに役立つ可能性があります。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

1. ダムや貯水池のシステム、あるいは相互につながった谷によって引き起こされる洪水。
2. 雪山で発生する雪崩。
3. 落雷やマッチによる発火の危険性がある地域で発生する森林火災。
4. 電力網で発生する連鎖的な負荷遮断（一種の停電）。OPAモデルは、臨界制御のためのさまざまな手法を研究するために使用されます。
5. インターネットスイッチングファブリックにおける連鎖的な障害。
6. 虚血カスケードとは、血液供給が不十分な時に毒素を放出する一連の生化学反応のことである。
7. 金融システムにおけるシステミックリスク。
8. 原子力エネルギーシステムに関する探究。
9. 地震と誘発地震。

送電部門や金融部門における障害連鎖は、効率性を追求する経済的な力がこれらのシステムを臨界点付近で稼働させ、そこで規模が不確定な雪崩現象が発生する可能性が生じるために起こる。このような障害に脆弱な金融投資は、タレブ分布を示す可能性がある。

• アーベル砂山モデル
• 複雑なネットワーク
• 自己組織化臨界