پیش‌بینی انتشار ویروس کرونا به کمک معادله‌ای مخصوص یافتن موجودات فضایی

MacTavish · 1/11/20

در تلاش برای جلوگیری از انتشار ویروس کرونا و توقف پاندمی کووید ۱۹، دانشمندان به تازگی از معادله‌ای که برای کشف موجودات فرازمینی استفاده می‌شود، کمک گرفته‌اند.

جلوگیری از انتشار ویروس کرونا مسئله‌ای جدی بوده که از ابتدای پاندمی کووید ۱۹ ذهن دانشمندان را مشغول کرده است. در همین رابـ*ـطه، اخیرا محققان به کمک معادله‌ای معروف که برای کشف موجودات فضایی استفاده می‌شود، به مبارزه جهانی برای توقف این همه‌گیری پیوسته‌اند و از معادله مورد نظر برای این منظور استفاده کرده‌اند.

در واقع گفته شده که محققان از این معادله الهام گرفته‌اند تا مدل جدیدی برای پیش‌بینی نحوه انتقال بیماری کووید ۱۹ در محیط را توسعه دهند. در این مدل که به صورت یک معادله یک خطی با چندین فاکتور مختلف بوده، خطر انتشار کروناویروس جدید در هوا تخمین زده می‌شود.

اما معادله ریاضی اولیه‌ای که باعث توسعه این مدل شده، با نام «معادله دریک» (Drake equation) شناخته می‌شود و در دنیای ستاره شناسی، دانشمندان آن را به عنوان روشی برای تخمین احتمال پیدا کردن حیات فرازمینی در کهکشان راه شیری می‌شناسند.

مدلی برای توقف انتشار ویروس کرونا
ستاره شناسی با نام فرانک دریک (Frank Drake) در سال ۱۹۶۱ برای اولین بار معادله دریک را که شامل ۷ متغیر می‌شود، توسعه داد. دانشمندان می‌گویند که دریک از این طریق قصد داشت تا چهارچوبی ساده و قابل فهم را برای تخمین زدن موضوعی به پیچیدگی احتمال کشف آدم فضایی‌ها در کیهان استفاده کرد. به این ترتیب، برای رسیدن به چهارچوبی مشابه و با همان سادگی برای درک بهتر نحوه انتشار ویروس کرونا در محیط، محققان از این معادله الهام گرفتند.

راجات میتال (Rajat Mittal)، پروفسوری از بخش مهندسی مکانیک دانشگاه جانز هاپکینز که مقاله تازه منتشر شده در این رابـ*ـطه را نوشته، می‌گوید که اختلاف نظرها و سردرگمی‌های زیادی در رابـ*ـطه با روش‌های انتقال بیماری کووید ۱۹ وجود دارد. میتال معتقد است که دلیل این مسئله، نبود زبانی واحد برای درک بهتر فاکتورها و خطرات دخیل در این اوضاع بوده و در حالت کلی، دانشمندان سراسر جهان به روش یکسانی با هم تعامل نمی‌کنند.

میتال می‌پرسد که دقیقا چه اتفاقی برای آلوده شدن یک شخص به بیماری کووید ۱۹ باید رخ دهد؟ به عقیده این دانشمند اگر کارشناسان سراسر جهان بتوانند فرآیند ابتلای افراد را به درستی تصور کرده و آن را از طریق مولفه های قابل اندازه‌گیری کنترل کنند، این امکان فراهم می‌شود تا تصمیمات بهتری در تلاش برای توقف انتشار ویروس کرونا اخذ شود. به این ترتیب، به خوبی درک خواهیم کرد که چه اقداماتی برای پیروزی ما در نبرد با کووید ۱۹ موثر بوده و چه اقداماتی به واسطه کارایی پایین باید متوقف شوند.

پیش‌بینی خطر آلودگی
مدل جدیدی که تیم میتال توسعه داده، در ۷ اکتبر گذشته توسط ژورنال “Physics of Fluids” منتشر شد. در این مدل انتقال بیماری کووید ۱۹ به سه مرحله تقسیم‌بندی شده است؛ در مرحله اول ذرات تنفسی آلوده به ویروس توسط فرد بیمار در هوا منتشر می‌شوند. در مرحله دوم ذرات مورد نظر داخل محیط و هوای اطراف پخش شده و در نهایت، مرحله سوم زمانی رخ می‌دهد که یک فرد سالم این ذرات را تنفس کند.

به صورت کلی مدل تیم میتال شامل ۱۰ مولفه مختلف از جمله نرخ تنفس فرد بیمار و فرد سالم، میزان ذرات آلوده پخش شده در محیط، مدت زمان قرار گرفتن فرد سالم در معرض این ذرات و فاکتورهای دیگر می‌شود. این دانشمندان نام مدل توسعه داده شده خود برای پیش‌بینی انتشار ویروس کرونا را “CAT”، مخفف «انتقال بیماری از طریق هوا» انتخاب کرده‌اند و آن را برای بررسی سناریوهای مختلفی از قرارگیری افراد در معرض خطر آلودگی به کار گرفته‌اند؛ سناریوهایی که در آن اشخاص از ماسک صورت استفاده می‌کنند، فاصله‌گذاری اجتماعی را رعایت کرده و یا مشغول ورزش کردن هستند.

محققان می‌گویند که بر اساس این مدل، اگر میزان ذرات تنفسی آلوده‌ای که به ریه‌های یک فرد سالم وارد می‌شوند، از مقدار لازم برای ابتلا بیشتر باشند، فرد مبتلا خواهد شد. در غیر این صورت با وجود قرار گرفتن در معرض ویروس آلودگی رخ نمی‌دهد. البته نکته مهم این بوده که تا به امروز و با گذشت بیش از ۱۰ ماه از شروع همه‌گیری کرونا، هنوز کسی نمی‌داند که دقیقا چه تعداد ذره تنفسی آلوده برای ابتلای یک شخص سالم لازم است.

به همین دلیل معادله تیم میتال نمی‌تواند میزان دقیق خطر آلودگی اشخاص را مشخص کند و از این طریق تنها امکان مقایسه خطر سناریوهای مختلف به ما داده شده است.

انتشار ویروس کرونا در شرایط مختلف
به عنوان مثال مدل مورد نظر به ما می‌گوید که اگر تمامی ۱۰ مولفه در نظر گرفته شده به غیر پوشیدن ماسک متغیر باشد، یعنی اگر دو شخص آلوده و سالم در سناریوهای یکسان، تنها از لحاظ پوشیدن ماسک تغییراتی داشته باشند، در صورت پوشیدن ماسک معروف ان ۹۵ توسط هر دو شخص خطر انتقال بیماری کووید ۱۹ می‌تواند تا ضریب ۴۰۰ کاهش یابد؛ ماسک ان ۹۵ به عنوان کارآمدترین ماسک تنفسی برای جلوگیری از انتشار ویروس کرونا شناخته می‌شود که می‌تواند تا ۹۵ درصد ذرات آلوده را متوقف کند.

ضریب مورد نظر در مقایسه با شرایطی که هیچ کدام از دو شخص ماسک نپوشند، محاسبه شده و جالب است بدانیم که این عدد برای ماسک جراحی ۱۰ بوده و ماسک‌های پارچه‌ای چند بار مصرف هم می‌توانند خطر انتقال را تنها با ضریب ۷ کاهش دهند.

از طرف دیگر مدل توسعه داده شده به ما نشان می‌دهد که ورزش شدید در محیطی مانند باشگاه می‌تواند نرخ انتقال را شدیدا افزایش دهد.

میتال در این رابـ*ـطه می‌گوید که برای درک بهتر موضوع، دو شخص آلوده و سالم را در یک باشگاه روی تردمیل تصور کنید؛ در این وضعیت شخص آلوده شدیدتر از حالت معمولی نفس می‌کشد و میزان ذرات ویروسی پخش شده از سیستم تنفسی او بسیار زیاد است. از طرف دیگر شخص سالم هم به واسطه تنفس غیر عادی خود میزان هوای بیشتری را تنفس می‌کند. در محیط بسته باشگاه شانس انتقال بیماری در مقایسه با وضعیتی که دو شخص ورزش نکنند، ۲۰۰ برابر بیشتر خواهد بود.

تحقیقات بیشتر
در مورد فاصله‌گذاری اجتماعی، به نظر می‌رسد که خطر انتشار ویروس کرونا و آلوده شدن افراد سالم با فاصله افراد از یکدیگر رابـ*ـطه‌ای خطی دارد. میتال می‌گوید که اگر فاصله خود از دیگران را در یک محیط مشخص، دو برابر کنید، شانس ابتلا شما هم به همین میزان کاهش خواهد یافت.

گفته شده که چنین روشی برای تخمین خطر انتقال بیماری کووید ۱۹ در سناریوها مختلف کمک بزرگی به تعیین سـ*ـیاست‌گذاری‌ها و ارائه دستورالعمل‌ها می‌کند. تیم میتال بیش از هر چیز روی سادگی و در دسترس بودن مدل توسعه داده شده تاکید کرده‌اند تا از این طریق، ابزاری کاربردی و بدون پیچیدگی در اختیار سـ*ـیاست‌مداران، دانشمندان و حتی عموم مردم قرار بگیرد.

به علاوه این دانشمندان امیدوارند که کار تحقیقاتی آن‌ها در آینده به پژوهشگران دیگر کمک کند تا شکاف نادانسته‌های ما در مورد این بیماری مرگبار دستگاه تنفسی را پر کنند.