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物理學家怎樣幫忙預測新冠傳播?

2020/3/25 — 18:10

美國物理協會《Physics》刊物訪問了法國、西班牙和美國院校的三位流行病學家,他們都有物理學背景,其中西班牙專家的工作被該國中央政府採納,協助制定防疫決策。

武漢封城對周邊地區案例數量對影響。顏色代表減幅,圓圈大小代表該區人口。圖片來自文中提到的 Vespignani 團隊

武漢封城對周邊地區案例數量對影響。顏色代表減幅,圓圈大小代表該區人口。圖片來自文中提到的 Vespignani 團隊

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受過物理訓練的專家們有至少兩套數學工具可以用來研究流行病傳播其一是分子反應-擴散模型 (reaction-diffusion partial differential equations) 也就是用研究分子化學反應和擴散的數學去描述疾病傳播和人的移動由於「人」的體積相對整個城市國家以至世界非常渺小所以把「人」當作分子並無不可

其二,是網絡模型 (network model) 。相比起方法一,網絡模型更容易容納跨地區、跨邊境的人流,背後有同樣成熟的數學支撐。雖然操作起來比較複雜,但也可能比較符合現實。例子:雖然意大利離開亞洲很遠,但病例還是可能因爲航班傳播到該地;物理距離並不等於傳染病「實際」需要跨越的距離!分子反應-擴散模型很難描述這個現象,因爲化學分子不會突然跳躍到很遠的地方。

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美國院校專家 Vespignani 的工作最近發表在《Science》期刊,估算了武漢封城對國家以至全球疫症蔓延的影響。Vespignani 表示,1 月 23 號的措施爲中國(其他國家)爭取了幾天(幾個星期),但如果當地沒有剎停傳播,封城只是拖延時間而已。更甚者,如果沒有增加社交距離的措施,減少 90% 的全球旅行 (global travel) 也不能防止病毒擴散。

注意:「不能夠防止其他地方爆發」不等於「爭取的時間沒有用」,畢竟調動醫療資源和官僚系統也需要時間。而封城的成效也要看時機:我記得看過中國大陸科技媒體報導鐘南山團隊的預測,結論是遲一天封城會再多幾千個確診個案。

當一切平靜下來後,希望數學模擬會幫助人們尤其是決策者謹記,全球化下傳染病是多麼難搞。

(以上結合了《Science》的訪問內容,和我自己對數學方法的解釋。)

原文刊於作者 Medium

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