傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


新冠病毒肆虐了兩個多月,武漢封城都過了一個月。目前還有全球蔓延的趨勢,科學家有點束手無策,而治療藥物和疫苗的研究還確定不了時間表。醫護人員雖然盡了最大努力,挽救了無數的生命,但還是有很多意外打擊叫醫生們感到沮喪,甚至醫護人員也犧牲了很多。偉崗也感到非常悲傷。許多問題隨之縈繞在偉崗的腦海,最最經常思考的就是,這個新冠病毒有太多不符合邏輯的地方,數學家是不是應該考慮出手,建立一個能夠說明新冠病毒傳播和發病的數學模型?


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


從現代數學內容看,數學家已經不是我們普通人想象的,只是會數字運算或者做做幾何證明題,從很多程度上講,數學家已經完全擺脫了運算公式和簡單邏輯推理的束縛,用空間的概念來研究日趨深奧的數學。

用一個簡單例子來說明。我們這些只有初等數學基礎,甚至那些大學工程技術專業,學習了較深高等數學知識的同學,目前都不能理解非歐幾何的意義和重要性。大多數人都認為,非歐幾何只不過否定了歐幾里得的第五公設,平行線和三角形的性質跟我們在中學學的幾何有不同罷了。還有人在偉崗關於非歐幾何文章後面留言說,非歐幾何根本沒有用。這樣的思維就是跟現代數學完全脫節了。

其實從黎曼開始,幾何已經完全突破了歐氏和非歐的限制,數學家可以任意構造奇妙的空間,這些空間有可能是歐氏的,更多的是非歐的。在這些想象出來的空間裡,數學家使出了渾身解數,各種眼花繚亂的推理和運算把數學引入到一個無比深奧的境地。現在超一流的數學家,絕大多數都是把一些看起來完全跟幾何或者空間沒有關係的數學知識,引進研究空間內容上,得出一些超過任何人想象的結論。比如說,偉崗前面講過的舒爾茨,他就是把p進數這個很難理解的數學方法,引入到研究一些特殊的空間中,得出的結論,甚至不是研究這方面內容的數學家都理解不了。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


當然,偉崗今天不是想介紹這些高深的數學知識,只是想就目前新冠病毒的傳播提出一些疑問,這些疑問,也許需要對空間研究比較得心應手的數學家來解決。

新冠病毒的第一大疑問就是它的傳染方式。國內目前除了武漢,基本上控制得非常好,但是國外卻爆發起來,這又反過來威脅到國內。這裡就有一個疑問,從公開的信息看(主要是深圳病例),國內的病例幾乎都跟武漢或湖北地區人接觸而傳染上的,僅有少數病例沒有直接接觸湖北人,但是國外就很多沒有接觸到湖北人的案例,這個裡面有什麼規律?

第二大疑問就是武漢的新增確診為什麼長時間降不下來,雖然今天(20200302)確診數只有193,但是193,這個數字也還是比較高,要知道武漢已經嚴格封城了30多天,新冠病毒的潛伏期只有14天左右,理論上封城後,慢慢就沒有互相感染的機會了,還有這麼多人確診,一定在哪個邏輯環節上出問題。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


接下來的疑問就是日本跟韓國的對比。雖然日本比韓國先進很多,但是數據差得也太大,有點超脫常理。按照網上的信息(未經證實,不能完全確認),韓國人有三大問題對這次疫情大爆發起了很大作用。第一就是,很多韓國人喜歡隨地吐痰,衛生習慣不好(偉崗有點懷疑這個論點,不過還是姑且寫出來,讓大家評判)。第二,韓國人喜歡聚餐,不喜歡一個人吃飯,甚至有極端的人說韓國人認為一個人吃飯不吉利,必須幾個人一起聚餐,而這個新冠病毒也奇怪,聚餐傳染的幾率特別大,偉崗看深圳的病例,很多案例都有跟湖北人聚餐的經歷。香港也發生幾個吃火鍋,很多人被確診的病例,由此可見聚餐的殺傷力非常大。第三點,也許是傳播最厲害的一點,那就是韓國人信教的比例非常高。本來這還是個優點,但是韓國的一個叫新天地教會的組織,由於聚會太頻密,聚會的時候又互相接觸的太多,成了韓國病例這麼多的一個主要因素。甚至可以說韓國新冠肺炎的起源就是這個教會的聚會。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


反觀日本,政府似乎有點太疏忽,鑽石公主號是一個新冠病毒海外爆發的關鍵點,日本政府竟然對沒有確認得病的下船人員不做強行隔離,讓他們自己回家隔離。雖然日本人素質高,但百密難免一疏,有好幾個下船的日本人都是坐的士回家,甚至還有報道說,有一個下船人員回家後就跟朋友去卡拉OK,這太危險了。鑑於這種情況,幾周前,很多人(包括日本的傳染病專家)都預測,日本肯定會產生很多病例,至少是1萬這個數量級,但是直到今天,日本只有257例,是不是以後會大爆發就不得而知了。

接下來的疑問就產生在歐洲。歐洲目前看意大利是重災區。為什麼是意大利呢?按照偉崗的知識,意大利人跟西班牙人的生活習慣類似,跟中國人的接觸也都非常多(當然意大利人可能接觸中國人稍微多一點),但是兩地的情況為什麼是天壤之別?還有法國,也是中國人去的非常多的地方,但是情況遠沒有意大利那麼嚴重,這又是為什麼?


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


還有很多很多的疑問,比如飛機艙似乎傳染的幾率比較小等,偉崗這裡就不再列舉,數學家這時候是不是應該出手了?

大家可能以為,數學家能做的僅僅是統計一下得病情況。但是偉崗認為這遠遠不夠。現在的數學工具已經遠超常人的想象。是否可以建立一個新冠病毒運行空間,確定一些參數,這樣就可以建立新冠病毒的傳播模型,從而預測新冠病毒的傳播途徑,以及發病機理。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


談到病毒的發病機理,大家似乎都很滿意科學家給出的RNA模型。也就是說,新冠病毒是一個RNA系列,人體一些細胞被病毒欺騙,把這個病毒引進到人體,通過不斷複製,病毒潛伏一段時間後,突然爆發,殺死人體細胞,人體這時也會產生抗體細胞,來對抗新冠病毒,不過,在某種情況下,人體的抗體細胞竟然被病毒帶錯了路,對人體自己的器官細胞進行無情的屠殺,這就是所謂的炎症風暴。很多新冠病毒感染者都是死於炎症風暴。

這個生物學家給出的模型,似乎很完美,像演電影一樣,把新冠病毒對人體的攻擊演繹了一遍。但你仔細想想,其實裡面有很多信息是缺乏的。也就是說,這個生物學家給出的電影劇本,裡面有很多跳躍的地方。

首先,什麼條件下,人體細胞才會被新冠病毒欺騙,而把它引入到人體?事實上,不是每個接觸病毒的人都會發病。病毒在人體中能夠被複制肯定有一些先決條件。如果所有情況人都會被感染,那這個病毒造成的傷害就會來得非常的快。新冠病毒的狡猾之處就在於這裡,它會在人體中潛伏一段時間,當某些人身體出現某種問題時,新冠病毒就藉機大發展,最終使這個人確診為病人。什麼條件才能夠被新冠病毒擊中,就需要對病例進行嚴密的數學分析,找到關鍵因素,目前似乎還沒有科學家能做到這一點。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


其次,怎麼殺死新冠病毒也是一個看起來簡單,其實不好回答的問題。這個問題涉及到病毒的本身。很多科學家強調,不能把病毒定義為生物。既然不是生物,它的死活就不好定義。75%的酒精據說可以殺死病毒,是因為酒精破壞了病毒的外殼。那是不是說,沒有外殼的病毒就是死病毒?其它還是什麼方式殺死病毒?

從另一方面講,病毒對它自身來講,其存在意義是什麼?比如動物,存在的意義是不斷的繁衍下一代,所以動物有很多本能,都給繁殖有關,那病毒會不會有一些本能呢?病毒的意義是不是不斷的被複制,數量不斷加大?病毒跟生物最大不同,也許就是生物有長大的概念,病毒沒有。而且,病毒太多發作後,往往會殺死宿主(特別是對人類),這時病毒也要跟宿主一起滅亡,這似乎不符合病毒生存的期望。這裡面有很多矛盾的地方,這就需要數學家出手了。科學研究中,當產生矛盾時,肯定會體現在數據中,從數據中找到規律,也許是我們最終戰勝新冠病毒的武器。


傳染空間和傳染算法—新冠病毒給數學家提出的新挑戰


在科學發展史中有很多這樣的例子,比如量子力學,在物理範疇,矛盾已經是不可解釋了,但是通過引進概率的數學工具,一切又能夠回到科學研究的軌道上來。所以偉崗認為,數學是科學研究的決定因素,離開數學去研究,很容易陷入玄學的境地。

話題有些扯遠了,現在關鍵的問題是,如何把高深的數學知識運用到新冠病毒的研究上?事實上,生物學就很需要數學的幫助,不過目前數學家在這方面行動不多,是什麼阻止了數學家的熱情?偉崗也百思不得其解。是不是有倫理方面的問題,這個也是可能的。科學離開道德的約束,產生的災難可能是難以想象的,比如說,賀建奎事件就是一個很好的明證。

好了,今天就暫時寫到這裡吧,文章最後還是多謝各位朋友同學的支持和打賞,謝謝了!


請繼續打賞偉崗,這樣寫出的文章會更精彩!


分享到:


相關文章: