传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


新冠病毒肆虐了两个多月,武汉封城都过了一个月。目前还有全球蔓延的趋势,科学家有点束手无策,而治疗药物和疫苗的研究还确定不了时间表。医护人员虽然尽了最大努力,挽救了无数的生命,但还是有很多意外打击叫医生们感到沮丧,甚至医护人员也牺牲了很多。伟岗也感到非常悲伤。许多问题随之萦绕在伟岗的脑海,最最经常思考的就是,这个新冠病毒有太多不符合逻辑的地方,数学家是不是应该考虑出手,建立一个能够说明新冠病毒传播和发病的数学模型?


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


从现代数学内容看,数学家已经不是我们普通人想象的,只是会数字运算或者做做几何证明题,从很多程度上讲,数学家已经完全摆脱了运算公式和简单逻辑推理的束缚,用空间的概念来研究日趋深奥的数学。

用一个简单例子来说明。我们这些只有初等数学基础,甚至那些大学工程技术专业,学习了较深高等数学知识的同学,目前都不能理解非欧几何的意义和重要性。大多数人都认为,非欧几何只不过否定了欧几里得的第五公设,平行线和三角形的性质跟我们在中学学的几何有不同罢了。还有人在伟岗关于非欧几何文章后面留言说,非欧几何根本没有用。这样的思维就是跟现代数学完全脱节了。

其实从黎曼开始,几何已经完全突破了欧氏和非欧的限制,数学家可以任意构造奇妙的空间,这些空间有可能是欧氏的,更多的是非欧的。在这些想象出来的空间里,数学家使出了浑身解数,各种眼花缭乱的推理和运算把数学引入到一个无比深奥的境地。现在超一流的数学家,绝大多数都是把一些看起来完全跟几何或者空间没有关系的数学知识,引进研究空间内容上,得出一些超过任何人想象的结论。比如说,伟岗前面讲过的舒尔茨,他就是把p进数这个很难理解的数学方法,引入到研究一些特殊的空间中,得出的结论,甚至不是研究这方面内容的数学家都理解不了。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


当然,伟岗今天不是想介绍这些高深的数学知识,只是想就目前新冠病毒的传播提出一些疑问,这些疑问,也许需要对空间研究比较得心应手的数学家来解决。

新冠病毒的第一大疑问就是它的传染方式。国内目前除了武汉,基本上控制得非常好,但是国外却爆发起来,这又反过来威胁到国内。这里就有一个疑问,从公开的信息看(主要是深圳病例),国内的病例几乎都跟武汉或湖北地区人接触而传染上的,仅有少数病例没有直接接触湖北人,但是国外就很多没有接触到湖北人的案例,这个里面有什么规律?

第二大疑问就是武汉的新增确诊为什么长时间降不下来,虽然今天(20200302)确诊数只有193,但是193,这个数字也还是比较高,要知道武汉已经严格封城了30多天,新冠病毒的潜伏期只有14天左右,理论上封城后,慢慢就没有互相感染的机会了,还有这么多人确诊,一定在哪个逻辑环节上出问题。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


接下来的疑问就是日本跟韩国的对比。虽然日本比韩国先进很多,但是数据差得也太大,有点超脱常理。按照网上的信息(未经证实,不能完全确认),韩国人有三大问题对这次疫情大爆发起了很大作用。第一就是,很多韩国人喜欢随地吐痰,卫生习惯不好(伟岗有点怀疑这个论点,不过还是姑且写出来,让大家评判)。第二,韩国人喜欢聚餐,不喜欢一个人吃饭,甚至有极端的人说韩国人认为一个人吃饭不吉利,必须几个人一起聚餐,而这个新冠病毒也奇怪,聚餐传染的几率特别大,伟岗看深圳的病例,很多案例都有跟湖北人聚餐的经历。香港也发生几个吃火锅,很多人被确诊的病例,由此可见聚餐的杀伤力非常大。第三点,也许是传播最厉害的一点,那就是韩国人信教的比例非常高。本来这还是个优点,但是韩国的一个叫新天地教会的组织,由于聚会太频密,聚会的时候又互相接触的太多,成了韩国病例这么多的一个主要因素。甚至可以说韩国新冠肺炎的起源就是这个教会的聚会。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


反观日本,政府似乎有点太疏忽,钻石公主号是一个新冠病毒海外爆发的关键点,日本政府竟然对没有确认得病的下船人员不做强行隔离,让他们自己回家隔离。虽然日本人素质高,但百密难免一疏,有好几个下船的日本人都是坐的士回家,甚至还有报道说,有一个下船人员回家后就跟朋友去卡拉OK,这太危险了。鉴于这种情况,几周前,很多人(包括日本的传染病专家)都预测,日本肯定会产生很多病例,至少是1万这个数量级,但是直到今天,日本只有257例,是不是以后会大爆发就不得而知了。

接下来的疑问就产生在欧洲。欧洲目前看意大利是重灾区。为什么是意大利呢?按照伟岗的知识,意大利人跟西班牙人的生活习惯类似,跟中国人的接触也都非常多(当然意大利人可能接触中国人稍微多一点),但是两地的情况为什么是天壤之别?还有法国,也是中国人去的非常多的地方,但是情况远没有意大利那么严重,这又是为什么?


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


还有很多很多的疑问,比如飞机舱似乎传染的几率比较小等,伟岗这里就不再列举,数学家这时候是不是应该出手了?

大家可能以为,数学家能做的仅仅是统计一下得病情况。但是伟岗认为这远远不够。现在的数学工具已经远超常人的想象。是否可以建立一个新冠病毒运行空间,确定一些参数,这样就可以建立新冠病毒的传播模型,从而预测新冠病毒的传播途径,以及发病机理。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


谈到病毒的发病机理,大家似乎都很满意科学家给出的RNA模型。也就是说,新冠病毒是一个RNA系列,人体一些细胞被病毒欺骗,把这个病毒引进到人体,通过不断复制,病毒潜伏一段时间后,突然爆发,杀死人体细胞,人体这时也会产生抗体细胞,来对抗新冠病毒,不过,在某种情况下,人体的抗体细胞竟然被病毒带错了路,对人体自己的器官细胞进行无情的屠杀,这就是所谓的炎症风暴。很多新冠病毒感染者都是死于炎症风暴。

这个生物学家给出的模型,似乎很完美,像演电影一样,把新冠病毒对人体的攻击演绎了一遍。但你仔细想想,其实里面有很多信息是缺乏的。也就是说,这个生物学家给出的电影剧本,里面有很多跳跃的地方。

首先,什么条件下,人体细胞才会被新冠病毒欺骗,而把它引入到人体?事实上,不是每个接触病毒的人都会发病。病毒在人体中能够被复制肯定有一些先决条件。如果所有情况人都会被感染,那这个病毒造成的伤害就会来得非常的快。新冠病毒的狡猾之处就在于这里,它会在人体中潜伏一段时间,当某些人身体出现某种问题时,新冠病毒就借机大发展,最终使这个人确诊为病人。什么条件才能够被新冠病毒击中,就需要对病例进行严密的数学分析,找到关键因素,目前似乎还没有科学家能做到这一点。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


其次,怎么杀死新冠病毒也是一个看起来简单,其实不好回答的问题。这个问题涉及到病毒的本身。很多科学家强调,不能把病毒定义为生物。既然不是生物,它的死活就不好定义。75%的酒精据说可以杀死病毒,是因为酒精破坏了病毒的外壳。那是不是说,没有外壳的病毒就是死病毒?其它还是什么方式杀死病毒?

从另一方面讲,病毒对它自身来讲,其存在意义是什么?比如动物,存在的意义是不断的繁衍下一代,所以动物有很多本能,都给繁殖有关,那病毒会不会有一些本能呢?病毒的意义是不是不断的被复制,数量不断加大?病毒跟生物最大不同,也许就是生物有长大的概念,病毒没有。而且,病毒太多发作后,往往会杀死宿主(特别是对人类),这时病毒也要跟宿主一起灭亡,这似乎不符合病毒生存的期望。这里面有很多矛盾的地方,这就需要数学家出手了。科学研究中,当产生矛盾时,肯定会体现在数据中,从数据中找到规律,也许是我们最终战胜新冠病毒的武器。


传染空间和传染算法—新冠病毒给数学家提出的新挑战


在科学发展史中有很多这样的例子,比如量子力学,在物理范畴,矛盾已经是不可解释了,但是通过引进概率的数学工具,一切又能够回到科学研究的轨道上来。所以伟岗认为,数学是科学研究的决定因素,离开数学去研究,很容易陷入玄学的境地。

话题有些扯远了,现在关键的问题是,如何把高深的数学知识运用到新冠病毒的研究上?事实上,生物学就很需要数学的帮助,不过目前数学家在这方面行动不多,是什么阻止了数学家的热情?伟岗也百思不得其解。是不是有伦理方面的问题,这个也是可能的。科学离开道德的约束,产生的灾难可能是难以想象的,比如说,贺建奎事件就是一个很好的明证。

好了,今天就暂时写到这里吧,文章最后还是多谢各位朋友同学的支持和打赏,谢谢了!


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