一個可樂罐就可以裝下全球所有的新冠病毒
2021年02月25日09:26
數學家克里斯蒂安·耶茨說:世界上所有的Sars-CoV-2病毒顆粒可以全部裝進一個軟飲料罐內。
數學家克里斯蒂安·耶茨說:世界上所有的Sars-CoV-2病毒顆粒可以全部裝進一個軟飲料罐內。

  新浪科技訊 北京時間2月25日消息,2019年,國際病毒分類委員會聲明,將新型冠狀病毒命名為“SARS-CoV-2”,新冠肺炎的正式命名為“COVID-19“。國際範圍內病毒的命名由國際病毒分類委員會負責,而疾病的命名由世界衛生組織進行。而SARS-CoV-2這一名稱也反映了新冠病毒與導致曾經SARS疫情的冠狀SARS-CoV之間的相似性。

  當有人讓我去計算一下全球Sars-CoV-2病毒顆粒的總體積時,坦白說,我自己也不知道這個答案是什麼。我的妻子認為,總體積應該相當於奧林匹克游泳池的大小。接著,她又說:“要麼就一茶匙那麼點。”

  那麼,到底怎樣才能計算出全球Sars-CoV-2病毒顆粒總體積的近似值呢?

  幸運的是,我有一些關於這類大規模粗略估算的經驗,我在“The Maths of Life and Death”一書中做過不少類似的估算。在我們踏上這個特殊的數字之旅之前,我首先要說明的是,這是基於最合理假設的近似值。當然,我也不否認,有些地方或許可以進一步改進。

  我們最好先從計算地球上有多少Sars-CoV-2病毒顆粒開始。為此,我們需要知道受病毒感染的總人數。(在這裏,我們假設,人類才是該病毒最顯著的攜帶者,而不是動物。)

  根據統計網站“用數據看世界”上提供的數據,每天,約有50萬人新冠病毒檢測結果為陽性。但是,我們也知道,還有很多人未計入其中,因為他們要麼無症狀,要麼沒有去做核酸檢測,再或者有些國家的核酸檢測尚未普及。

  通過使用統計和流行病學建模,健康指標與評估研究院(IHME)估計,每天的真實感染人數更接近300萬。

  每一個受感染者當前所攜帶的病毒量(病毒載量)取決於他們受感染的時間。平均而言,病毒載量在受感染之後會逐漸上升,並在第六天達到峰值,之後穩定下降。

  在目前所有已感染的人群中,昨天剛被感染的人不會對病毒總量造成影響。而那些在一兩天前被感染的人會對病毒總量造成比較顯著的影響,而三天前被感染的人會對病毒總量造成更為顯著的影響。平均而言,六天前被感染的人將表現出最高的病毒載量。然後,七天、八天或九天乃至更長時間前被感染的人,對病毒總量的影響會依次遞減。

  最後,我們需要知道,人們在感染期間任何時候所攜帶的病毒顆粒數量。鑒於我們已經大概瞭解,病毒載量如何隨著時間而變化,我們可以估算出病毒載量的峰值。一項尚未發表的研究對受感染猴子的一系列不同組織的單位克重病毒顆粒數量進行了分析,並按比例放大,以代表人類的組織。他們的粗略估計顯示,峰值病毒載量包含的病毒顆粒數量在10億到1000億之間。

  我們不妨取其中的一個幾何平均值,也就是10億。如果將前幾天每一天被感染的這300萬人(假設每天300萬人的感染率保持不變)所攜帶的病毒量的顆粒數全部加起來,我們會得到這樣一個結果:在任何時候,全球大約有20萬萬億(2x10 的17次方)個病毒顆粒。

  20萬萬億,聽起來像是一個天文數字。的確,地球上的沙粒數量也不過就這麼多。但是,我們最終要計算的是體積,而Sars-CoV-2病毒顆粒又極其微小。Sars-CoV-2病毒顆粒的直徑大約在80到120納米之間。一納米相當於十億分之一米。具體來說,Sars-CoV-2病毒顆粒的半徑大約是人類頭髮絲半徑的千分之一。同樣的,在接下來的計算中,我們對病毒顆粒的直徑也取一個平均值,即100納米。

  假設Sars-CoV-2病毒顆粒的半徑為50納米,那麼單個球形病毒顆粒的大小為523000立方納米。

  將這個超迷你體積乘以我們之前得出的龐大顆粒數量值,然後轉換為我們比較熟悉的體積單位,我們可以得到所有Sars-CoV-2病毒顆粒的總體積大約為120毫升!但是,假如我們希望把這些病毒顆粒全部放到一個地方,那麼,我們需要知道,球體是沒有辦法緊密地堆積在一起的。

  比如超市里的橘子堆。你可以看到,橘子之間有很多空隙。實際上,儘量減少空隙的最佳辦法是一種稱為“球密堆積”的方案。在這個方案下,空隙占總體積的26%。於是,我們的Sars-CoV-2病毒顆粒總體積便增加到160毫升,可以輕鬆地分裝到六個子彈杯中。哪怕是取顆粒直徑的上限(120納米),再算上棘突蛋白的大小,所有的Sars-CoV-2病毒顆粒仍未必可以塞滿一個可樂罐。

  計算結果表明,Sars-CoV-2病毒顆粒的總體積在我妻子預測的一茶匙和一個游泳池大小之間。回想去年,這些小小的病毒曾讓全世界陷入混沌,讓無數人失去至親。然而,所有這些病毒加起來卻不及一罐可樂大小,實在令人感慨萬千。(勻琳)

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