在地球之外发现先进文明的机会有多大?1961年，天文学家弗兰克·德雷克发明了一个数学公式来估计银河系中发现智能外星人的概率。他的简单方程，只有七个变量，激发了新的讨论，否则令人费解的现象。几十年后，他的著名公式继续影响着在宇宙中寻找外星生命。
受德雷克方程的启发，来自约翰霍普金斯大学怀廷工程学院的流体力学专家们开发了一个公式来回答当前的问题:是什么决定了一个人感染COVID-19的几率?
在发表在《流体物理学》(the Physics of fluid)上的一篇论文中，研究人员提出了一个数学模型，用于估计COVID-19在空气中传播的风险。从这个新模型中得出的见解，可以帮助评估在不同传播场景中，诸如戴口罩和保持社交距离等预防措施在保护我们方面的效果。
“对于COVID-19的传播途径仍有很多困惑。这在一定程度上是因为没有一种通用的‘语言’可以让人们容易地理解其中的风险因素，”该论文的合著者、机械工程系教授Rajat Mittal说。“一个人真正需要发生什么才会被感染?”如果我们能以定量的方式更清晰地看到这个过程，我们就能更好地决定哪些活动应该继续，哪些应该避免。”
据239名科学家发表在《临床传染病》杂志上的一篇评论文章称，目前越来越清楚的是，COVID-19最常见的传播方式是通过空气，通过咳嗽、打喷嚏、说话或呼吸产生的呼吸道飞沫在人与人之间传播。
但米塔尔说，感染COVID-19的风险在很大程度上取决于环境。该团队的模型考虑了10个传播变量，包括感染者和非感染者的呼吸频率、排出的携带病毒的飞沫数量、周围环境和接触时间。将这些变量相乘，就可以计算出一个人感染COVID-19的可能性。
该公式称为传染病空气传播不等式，简称CAT不等式。
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图片来源:Marissa Lanterman /约翰霍普金斯大学
“CAT不等式特别有用，因为它把复杂的流体动力学传输过程转化为一串简单易懂的术语，”机械工程教授、这项研究的合著者查尔斯·梅内沃(Charles Meneveau)说。“正如我们所看到的，清晰地传播科学在公共卫生和环境危机中至关重要，就像我们现在面临的危机一样。”
根据不同的情况，CAT不等式的风险预测可能会有很大差异。以健身房为例。我们都听说在室内健身会增加感染COVID-19的几率，但真正的风险有多大呢?
“想象一下，两个人在健身房的跑步机上;他们都比平时呼吸困难。感染者喷出更多飞沫，而非感染者吸入更多飞沫。在这个狭小的空间里，传播的风险增加了200倍。
该团队补充说，该模型可以用于量化戴面具和社交距离的价值。如果两人都戴着N95口罩，传播的风险就会降低到400
2的1 / 4，也就是感染病毒的几率不到1%。但根据模型，即使是一个简单的布制口罩也会大大降低传输概率。研究小组还发现，社交距离与风险呈线性相关;如果你加倍的距离，你加倍的保护因素，或减少一半的风险。
与大多数COVID-19模型一样，有些变量是已知的，有些仍然是一个谜。例如，我们仍然不知道需要吸入多少SARS-CoV-2病毒颗粒才能引发感染。环境变量，如风或HVAC系统，也很难确定。
尽管存在这些不确定性，研究人员相信他们的模型为理解我们的选择如何增加或减少我们感染病毒的风险提供了一个有用的框架。传染病模型通常是为专家理解而设计的。另一方面，该团队开发的模型对每个人都是可获得的，从科学家和决策者到试图评估自身风险的普通人。
研究小组希望用简单的数学方法来解决复杂的问题将会激发新的关于COVID-19传播的讨论，就像德雷克模型激发了对智慧外星生命的新的探索一样。
“有了更多的信息，你就可以计算出一个非常具体的风险。更笼统地说，我们的目标是展示所有这些变量在传输过程中是如何相互作用的。“我们认为，我们的模型可以为未来的研究提供信息，这些研究将缩小我们对COVID-19理解上的差距，并更好地量化我们模型中涉及的所有变量。”
密西西比大学机械工程助理教授文武是这项研究的合著者。
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