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達文西奇想系列模型夏日限定優惠

PanSci_96
・2014/07/31 ・1439字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 400 ・四年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

feature

8 月:擁有達文西 1.2.3.4.5.6.7.8 種天才研究

PanSci 不僅鍵盤上聊科學,也兼倡實作精神!
首度推出達文西系列模型,讓你動手指體會科學巨匠的工程藝術。

無窮盡的好奇心、是藝術家也是科學家,李奧納多.達文西(Leonardo da Vinci)神秘精細的發明手稿,複雜難解超越當代工程技術,只有少數設計在當時能被實現。

藉由現代細膩電腦繪製,只要拼湊簡單的零件模組,就能完成複雜的機械套件。捕捉達文西五百年前描繪腦中靈感的熱情時刻,體驗活躍多變的創作想像!

毋需膠水、不用電池,所有零件均可進行實際動作

既然是重現大師手稿,當然每套模組都能進行實際機械運作。
每週限定發售兩款工藝,集滿四週八款,微型工藝博物館再度重現!

達文西奇想系列模型

飛行器 槳葉船 時鐘

飛行器

(短片)

槳葉船

(短片)

時鐘

(短片)

自動車 機械鼓 裝甲車

自動車

(短片)

機械鼓

(短片)

裝甲車

(短片)

加農炮 投石器

加農炮

(短片)

投石器

(短片)


PanSci 的有禮貌好康活動

活動A|文西30秒-影片徵件

憋尿對膀胱不好,憋著科學不講對大家不好,達文西的發明研究手稿收藏起來,科技不知道晚進步多少年。希望大家可以一起來分享科學!

活動辦法:
拍攝 30 秒短片並上傳至自己的facebook塗鴉牆,並將連結留言至PanSci粉絲團置頂活動文,即完成影片報名。

影片內容:
以 30 秒以內長度的影片,針對一組達文西系列模型,向其他泛科學讀者們分享相關科學知識,影片呈現方式不限,不一定要使用模型實體,可使用圖片,但所提及的模型一定要出現。

獎項:

  1. 幽默趣味獎 × 1   編輯群笑越久分數越高,最高分者得獎。
  2. 毀人不倦獎 × 1   科學內容深入淺出,編輯群看完頻頻點頭,點越久分數越高,最高分者得獎。
  3. 人氣影片獎 × 1   留言按讚數最高者得獎;若有兩名並列第一,則抽一名得獎。

活動時間:8/20 0:00 起跑,8/28 24:00 截止;9/1 公佈得獎名單。

獎勵: 每位得獎者可得到 8 入組全套

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活動B|叫文西來-開賣商品分享活動

時間: 7/31 ~ 8/2 24:00 截止(對!截止囉)

活動辦法:
在PanSci FB專頁置頂活動文下留言「8/5 達文西投石機加農砲矛矛大對決」按讚並分享,就會抽出 2 位幸運者各贈送 1 組開賣商品:投石機&加農砲。

得獎名單將於 8/4 (一) 公布,請密切注意得獎訊息。得獎者請於 8/8 (五) 17:00 前私訊姓名、電話、收件地址,逾期視同放棄。

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和鳥類學飛翔,讓人類學會飛行奧秘——《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》
快樂文化
・2021/01/30 ・3697字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

飛行的物理學

「觀察在稀薄高空中飛翔的老鷹,牠的翅膀是如何鼓動著空氣,讓沉重的身體得到支撐。物體對空氣施加的力量,等於空氣對物體施加的力量。」15 世紀末,達文西在筆記本如此寫道。達文西僅憑觀察,就掌握飛行的原理了。

飛行的原理讓達文西深深為之著迷。他發明人力驅動的飛行器,試圖證明人類能否飛上天,還設計人類可以操縱的翅膀。他仔細研究飛行中的鳥,並且提出飛行的假說:「鳥類張開寬寬的翅膀,加上短短的尾巴,準備起飛,」他接著寫道,「鳥類必須用力抬起翅膀,然後放下翅膀拍動下方的空氣。」

金鵰的翅膀善用空氣分子,身體起飛與降落。圖/天才達文西的科學教室

上圖的金鵰比空氣重,但是翅膀造形卻能善用空氣分子,讓身體起飛與降落。金鵰飛行的時候,你認為氣流通過翅膀上方與下方時,哪邊的速度較快?量量看, 1 公尺有多長,是金鵰身體的長度;再量量看 23 公尺有多長?這是牠的翅膀展開的長度!再想像一下:金鵰拍動翅膀、凌空起飛的模樣。你認為翅膀上方還是下方的氣壓比較大?可以解釋原因嗎?

達文西的《鳥類飛行手稿》。圖/天才達文西的科學教室

上圖的字跡與插圖,出自達文西的《鳥類飛行手稿》 (Codex on the Flight Of Birds)。他的研究,造福許多後世的科學家,包括丹尼爾•白努利 (Daniel Bernoulli)。他在 1738 年解釋了空氣流動的科學原理。

白努利認為:鳥類飛行時, 因為翅膀結構的關係,空氣通過翅膀上方的速度較快, 使得氣壓較低,而空氣通過翅膀下方的速度較,使得氣壓較高。翅膀上方與下方的壓力差,進而造成了升力。

編按:解釋飛機能升空飛行的物理概念,除了白努利概念外,尚有其他因素,例如飛行時的角度、飛機造形和其他效應等。

有許多物理概念可以解釋飛機能升空的原因。圖/天才達文西的科學教室

飛機為什麼可以在天上飛?

開始調查吧!

我們蒐集資訊,一起設計翅膀,就跟達文西一樣!我們將蒐集涵蓋翅膀形狀、空氣與運動方面的資訊,也跟達文西一樣,提出許多問題。

問題:淚珠的形狀,和飛行有什麼關係?

下圖的形狀,好像淚珠的一側。看到這種形狀,是否讓你聯想到它與飛行的關係呢?

翼型會聯想到噴射機的機翼或鳥翼的形狀。圖/天才達文西的科學教室

答案:這就是翼型。

淚珠的形狀,我們稱為「翼型」。這樣的造形,可能讓你想起噴射機的機翼或鳥翼的形狀。翼型的前端是較厚的圓弧,後端則逐漸變薄、變窄。

飛行中的翼型向前挺進,空氣分子往上也朝下移動。翼型下方的空氣分子,移動的速度慢於上方滑過的空氣分子。空氣分子移動速度較慢,造成的氣壓就比較大。想像一下:翼型下方的空氣,等於處在被壓縮的狀態,翼型下方,較強的氣壓向上推,造成的力量稱為「升力」

模擬飛行中翼型的空氣分子移動狀態。圖/天才達文西的科學教室

受到鳥類的啟發

看到鳥翼的切面,居然就是翼型,你是否大吃一驚呢?說穿了,航太工程師就是從飛行中的鳥類得到靈感。移動的翼型會切過空氣,與周圍的空氣產生了力的作用。空氣分子——渺小不可見卻能施展強大的力量,從四面八方擠壓著翼型。翼型向前移動的時候,因為與空氣產生了交互作用而起飛。

將書本平放在桌上一隻手塞到書本下方,然後把書托起來。你的手在書下施展的壓力,就像慢速通過翼型下方的高壓。另一方面,通過翅膀上方的空氣,移動速度較快,形成了較低的氣壓。

空氣分子在機翼上的賽跑

讓我們進一步調查

問題:通過翼型上方的空氣,是否因為空氣要通過的距離較長,因此速度才會變快?

答案:根據美國的國家太空總署 (NASA) 工程師分析,機翼上方空氣的速度很快,只是為了比下方空氣更早抵達機翼後方,而不是因為距離較長。機翼上方的低壓空氣,其實速度更快!

畫出你的翼型

畫出屬於你自己的翼型,請標示以下項目

  • 高壓區
  • 低壓區
  • 快速移動的空氣
  • 慢速移動的空氣
  • 空氣流動的方向
  • 升力的方向
嘗試畫出屬於自己的翼型。圖/天才達文西的科學教室

和達文西一起賞鳥

達文西不只觀察飛行中的鳥,他也細看鳥的各種狀態,而且反覆觀看。他寫下筆一三己,問自己問題,例如:鳥類用什麼樣的方式使用翅膀?然後想辦法找出解答。以上這些行為,就是「觀察」。

當個自然觀察家吧!住家附近就可以好好賞鳥。不管你住在哪裡,都有機會走出家門,觀察鳥類百態及其飛行方式。記得帶著筆記本、鉛筆、色鉛筆與望遠鏡,可能的話帶一台相機,現在就抽出時間邁向戶外吧!

你的觀察記錄將充滿獨一無二的個人風格。看到小鳥,先用肉眼觀察。接著,以素描記錄觀察到的現象:畫出鳥類的輪廓,有沒有值得注意的花紋或樣式?先畫下外形,然後加上顏色:鳥喙是什麼顏色?腳呢?也花點精力注意體型大小:和其他鳥類相較,有多大或多小呢?有沒有攝食?歌聲或叫聲怎麼描述呢?鳥類如何起飛?如何降落?鳥類會順風起飛嗎?其他數據、記錄地點、天氣與賞鳥的時段,都要記錄下來。

用相機記錄身旁觀察到的現象。圖/Pixabay

以飛機工程師的方式來思考!

用另一種角度來看翼型。機翼後緣窄窄的後翼往上或往下,會有怎樣的效果呢?飛機工程師設計噴射機的時候,讓機翼的後緣可以伸展或彎折,透過這樣的方式讓空氣分子流動,達成特殊目的。如下圖所示請利用本小節的訊息,預測這樣設計的目的,並把假說寫在筆記本裡。

機翼不同構型讓空氣分子流動,達成特殊目的。圖/天才達文西的科學教室

下圖是根據達文西的設計而重建的機械翅膀。翅膀的形狀不像翼型,但是從喇叭似的形狀看來,功能就是壓下空氣分子,以產生向上的升力。這款翅膀有沒有讓你想起某種哺乳動物呢?

根據達文西的設計而重建的機械翅膀。圖/天才達文西的科學教室
根據達文西的設計而重建的機械翅膀很像哺乳動物蝙蝠。圖/天才達文西的科學教室

一起動手玩:創造一個翼型

實驗材料:影印紙、膠帶、30 公分長的直尺、鉛筆(最好是六角鉛筆)、吹風機

實驗步驟

  1. 輕輕彎折紙張,以垂直方向對摺。這時紙張會有淺淺的摺線,並且出現翼型般的曲面。
  2. 把紙張轉成水平方向,曲面朝下。將上半張紙的邊緣往後移 1.27 公分,用膠帶固定。
  3. 把直尺伸到紙張底下,在 5 公分處用膠帶把尺和紙黏在一起;紙張的邊緣也要和直尺黏合。
步驟 1-3 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

4. 把鉛筆放在距離直尺 12.7 公分處,和直尺垂直擺放,並以膠帶黏和。

步驟 4 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

5. 將吹風機設定最小風量模式,待會對著翼型的吹端吹。你認為吹風機啟動後,會發生怎樣的現象?請先寫出假說。

6. 現在測試你的實驗設計與假說。找個夥伴握住鉛筆兩端,翼型曲面朝向你。這時再啟動吹風機的小風量模式,直尺會怎樣?你感到翼型的升力了嗎?

步驟 5-6 的操作示範。圖/天才達文西的科學教室

實驗背後的科學

如同你所認知,通過翼型上方的空氣,移動的速度比翼型下方的空氣快。翼型下方的空氣分子在較高的壓力下受到擠壓。氣壓較高的空氣分子,向上推擠。翼型下方的高壓及上方的低壓,組合起來造成了升力!

——本文摘自《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》,2020 年 10 月,快樂文化

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一直待在家快悶壞啦!嚴格的防疫管制,什麼時候才能放鬆?
寒波_96
・2020/04/29 ・1804字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)肆虐全球,沒有疫苗之下,各國都實施停航、停班、禁止出門等策略對抗疾病。好消息是,種種防疫措施確實有效,舒緩了疫情的嚴重程度,然而大眾生活也受到影響,疫情輕微的地方如台灣影響較小,災情嚴重的地方如武漢、倫巴底、紐約,卻是天翻地覆。

疫情趨緩後,似乎可以放鬆管制,可是什麼時候該放鬆卻是大學問,假如時機未到卻貿然行事,前面的努力與損失就白費了。

疫情趨緩是否就可放鬆社交隔離?圖/pixel

在台灣這種病例很少的國家,還有將病毒徹底封鎖的一絲可能。但是義大利、西班牙、美國等感染普遍的國家,在沒有疫苗的狀況下,要完全消滅病毒非常困難,不切實際。疫情嚴重的地區,一旦將疫情控制到一個程度,就必需適時放鬆管制,以免副作用大到弊大於利。

傳染病有個數據叫作「基本傳染數 (R0)」,意思是在沒有防疫措施下,一個人感染後,平均會再傳染給幾個人。而「實際傳染數(R)」則是人為介入後,能再傳給幾個人。疫情至今應該不少人已經知道,實際傳染數超過 1 疫情就會擴大,至少不會減緩;實際傳染數不到 1,疫情則會漸漸退散。

奧地利的疫情感染曲線,當實際傳染數降低到 1 以下,可以考慮放鬆管制。圖/Kai Kupferschmidt@twitter

什麼時候可以放鬆管制?一派學者建議,先用嚴厲的措施把實際傳染數壓低到 1 左右,此時一人感染只會再傳給一人;這時感染人數是已知的,醫療體系也足以負荷,接著就能放鬆管制,讓實際傳染數維持在 1,如此也許能保持

防疫與生活的平衡。

有人或許會質疑,除惡務盡,為什麼要跟病毒妥協?問題在於防疫要付出代價。以深圳的調查為例,只有幾百感染者與上千接觸者的狀況下,靠著監控與隔離,可以將實際傳染數壓低到 0.4,一段時間後徹底終結疫情。

可是當疫情規模擴大到幾十、幾百萬人的地區,上千萬、上億人的國家以後,要維持一樣的防疫強度,需要投入多少資源,才能維持社會不至於崩潰?

防疫是為了救人,假如防到弊大於利,卻是本末倒置。

資訊有限下,調整防疫管制的輕重,彷彿走在鋼索之上。必需根據監控、檢測取得資訊,再以模型估計,儘量掌握目前疫情的狀況,才能做出當下最適合的選擇。

資訊有限下,調整防疫管制的輕重,彷彿走在鋼索之上。圖/GIPHY

荷蘭的科學家 Jacco Wallinga 在 2004 年時提出一套方法,現在已經被普遍應用。基本概念是,目前偵測到的感染者,一定是前幾天被傳染,所以可以由現在的數字,回推到前幾天的狀況,然後短暫延伸,預測前幾天之後的未來——也就是現在的疫情狀況。

英國的疫情感染曲線,實際傳染數雖然有下降,仍然超過 1,此時防疫措施不宜放鬆。圖/Kai Kupferschmidt@twitter

還有一項影響因素是免疫力。愈多人免疫,疾病的傳播愈困難,若超過一定比例的人免疫,達到「群體免疫」,就能大幅減緩疫情。不過對於武漢肺炎了解仍然不多,這部分目前暫時缺乏實用價值。

最重要的是,防疫措施必需根據現狀,隨時調整。

例如疫情初期防堵有成的新加坡,一直採取相對寬鬆的防疫措施;前幾天感染人數大增,充滿來路不明的本土社區傳染源後,隨即加強管制。客觀看來,新加坡現在防疫的管制強度,和疫情嚴重的紐約、倫敦已經沒有什麼不同。

這次疫情是全人類的戰爭,目前還在持續。

延伸閱讀

參考資料

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
178 篇文章 ・ 702 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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輕微到無症狀的感染者,可能是許多傳染的關鍵源頭?
寒波_96
・2020/04/01 ・6182字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 591 ・九年級

世界衛生組織(WHO)定名為 COVID-19 的疾病,是由於感染冠狀病毒所致,國際病毒研究學會將這種病毒取名為 SARS-CoV-2,彰顯它與 SARS 的親戚關係,本文之後稱作「SARS二世」。

中文常將 COVID-19 稱作新冠「肺炎」或武漢肺炎,然而,人類被 SARS二世冠狀病毒感染後的症狀差異很大,少數人引發重症致死,不少人卻沒有發展為肺炎,有些人甚至一直毫無症狀。

NBA 爵士隊球員 Rudy Gobert 與 Donovan Mitchell 感染後沒經過太久便恢復健康,而且過程中幾乎沒有出現症狀。圖/取自 clutchpoints

什麼是「無症狀」感染者?

早在疫情初期的 1 月底已經有實例,出現了症狀非常輕微,幾乎沒有症狀的感染者,在開會時傳染給在場的好幾個人。然而當時 WHO 和一些專家都表示根據經驗,無症狀感染者即使存在也不會是傳染的主力,有症狀的病患才值得重視。

但是疫情發展至今,除了 WHO 的作用愈來愈引人疑惑之外,累積的證據也足以讓我們重新思考,非常輕微或無症狀的感染者,在這波疫情中不可忽視的角色。

智人感染 SARS二世病毒以後,會經過一段時間的潛伏期,大部分介於 2 到 14 天,潛伏期結束後才有症狀。感染病毒之後到尚未發病以前的這段潛伏期,算是尚未出現症狀(presymptomatic),發病後則會出現各種輕重不一的症狀(symptomatic)。卻也有些人感染病毒以後,到自行痊癒之前一直都沒有出現症狀,也就是無症狀(asymptomatic)。

每一位感染者在被傳染以後,都有一段沒有症狀的時期,卻也有為數不明的感染者從頭到尾都沒有症狀,可以將他們一同視為廣義的無症狀感染者。另外也有些感染者儘管出現症狀,卻相當輕微,甚至不需要醫療協助就自行痊癒,假如未經檢驗,根本不會知道這些人曾經染病。

從個人角度來說,一個人感染病毒卻跟沒事一樣,絕對是件好事;但是假如會傳染給他人,仍是防疫需要圍堵的傳染源。而了解有多少無症狀感染者,對於評估病毒擴散和影響程度也相當重要。可是疫情延續至今,仍不清楚究竟有多少無症狀的感染者。

有多少比例,多少人無症狀?

到底有多少感染者無症狀,或是輕微到可以當作無症狀,目前仍不清楚,不過蛛絲馬跡顯示,或許比例還不低。

史上最知名的無症狀傳染者之一,「傷寒瑪麗」Mary Mallon。圖/wiki

沒有症狀的感染者,不檢驗也就不會知道,但是全世界都面臨的困難在於,檢驗資源有限,光是調查有可疑症狀和接觸者都已經忙不過來,根本沒有多餘資源去檢驗其他人。例如 WHO 二月底發布的中國考察報告中,無症狀感染者比例非常低,這項數據基本上毫無參考價值。至今已知的無症狀感染者,幾乎都是「順便」發現的。1

WHO 在疫情初期不斷建議不用撤僑,但是各國還是陸續派出包機。日本由武漢撤僑的 565 人中有 13 位確診,其中 4 人無症狀,占 31%,不過樣本非常小。一項針對深圳 300 多位感染者的調查,無症狀的比例為 6.4%,但是該論文表示此數據肯定低估了。而義大利的倫巴底前 5800 多位確診者中,無症狀比例為 3.4%,這一定是低估。2, 3, 4

疫情初期受到許多注目的鑽石公主號,3000 位成員被關在一起許多天,解散時約有 700 人感染。成員在確診時約有一半沒有症狀,一項研究以模型估計,無症狀感染者比例約為 18%。不過這批感染者的年齡偏高,而我們知道症狀輕重與年齡密切相關,年紀愈大的族群,症狀嚴重的比例也愈高;由此推論:實際上無症狀的比例很可能比 18% 更高。5, 6

在疫情爆發的第一個中心,武漢,官方確診人數將近 7 萬人,各界卻幾乎一致公認實際的感染人數更多。一項研究以模型評估武漢的疫情,結果十分驚人,估計感染人數遠遠超出帳面,官方到 2 月 18 日以前紀錄的數字很可能不到實際的 41%。假如一大群超過 59% 消失的感染者真的存在,他們很可能沒有症狀或比較輕微,因此在兵荒馬亂下被忽視。7

以模型估計武漢逐日的感染人數,大深紅是官方確診數,小粉紅是估計沒有列入記錄的感染人數。圖/取自 ref 7

中國官方公開更改過幾次確診標準,其中一次是將病毒檢驗出陽性,卻沒有症狀的人排除在確診之外。也有媒體宣稱獲得中國的機密情報,指出至少有數萬無症狀感染者沒有列為確診紀錄。這或許能部分解釋,模型估計與官方數字之間極大的落差。8, 9 

探討無症狀感染者的另一個問題是「偽陽性」。確診而無症狀的人,也許其實不是沒有症狀,而是根本就沒有被感染!(對!未經量產標準化確認品質的試劑,即使是 qRT-PCR 也可能錯誤率不低)

SARS二世是一種全新的病毒,所有檢驗都要重新設計,在疫情蔓延,各國都在趕時間又大批檢測之下,尚未通過考驗的試劑被大量使用,偽陽性的數目或許不少,這也會影響無症狀人數與比例的判斷。

無症狀感染者的傳染力如何?

幾乎可以肯定,沒有症狀的感染者也有傳染能力。儘管樣本數目不多,至今已有多項研究發現,仍在潛伏期時尚未出現症狀、輕症、無症狀感染者,體內病毒含量都很高,和重症患者沒有多少差異。而即使沒有症狀,人類講話與呼吸時仍然會排出病毒。10, 11

沒有症狀的感染者,散播病毒的能力或許不如有症狀的患者,但是更具體的問題恐怕在於,身旁有人咳嗽、打噴嚏會引起注意,可是沒有症狀,看起來完全健康的人誰會提防?

例如疫情初期,有人質疑印尼沒有檢驗就放人離開,WHO 的印尼代表表示,被隔離的人都沒有症狀,看起來很健康,為什麼需要檢驗?「看起來很健康,為什麼需要檢驗?」這話講得多麼自然啊,想質疑都不行,不愧是完全聽從 WHO 指示的稱職代表。

Embed from Getty Images

然而,時間會證明一切。疫情最初期 WHO 採信中國單方面的說法,昭告世界 SARS二世病毒只能有限度,或是不會人傳人,幾天後就證實是大錯特錯,成為導致疫情擴散的關鍵失誤。

對於無症狀患者傳染的可能性,現今在許多中國專家都改口的情況下(或是終於可以講實話了?),WHO 仍一貫堅持症狀嚴重者才是散播病毒的主力,現在看來恐怕是另一起嚴重失誤。假如大部分感染者皆由症狀嚴重者所傳染,很難解釋目前各地這麼普遍又嚴重的疫情。

輕微或無症狀感染者在疫情中的角色

中國是病毒的發源地,韓國、伊朗則是疫情初期最嚴重的國家;各國開始注意中國的狀況,加強管制的時間不一。隨著疫情陸續在歐洲各國與美國爆發,明擺著的事實是:

即使各國已經有所防範,仍然有許多感染者順利進入,成為一段時間後大爆發的傳染源。

然後歐洲與美國又成為第二波傳播中心,向其他地方大批輸出感染者,如中國的鄰居台灣與俄羅斯,都靠著封鎖中國成功擋住第一波,卻在最近出現大量境外移入的確診者。

各國機場的量體溫等防疫措施,仍無法阻止感染者入境。圖/取自 BENSON IBEABUCHI/AFP via Getty Images

美國和歐洲疫情嚴重的國家,如義大利、西班牙、法國、德國等等,上萬感染者不可能在短時間內造成,極可能早在 1 月時已經存在傳染源,經過一到兩個月的醞釀才導致目前的疫情。諸國也不是沒有體溫檢測之類的防範,合理推論,1 月時已經有一些症狀不嚴重的感染者入境各國,成為當今疫情的種子。12

三個月來,除了大洋洲一些小島以外,SARS二世已經順利入侵世界上絕大部分地區,幾乎是無國不入。

輕微或無症狀的感染者,至少在疫情初期很容易逃過防範,成為新一地疫情的起點。被他們傳染的人當中只有少數會發展為重症,卻有相當比例症狀不嚴重,又成為後續的傳染源,就這樣愈傳愈廣,直到重症患者的數量累積到不可忽視。

口罩的用途,其實是阻止無症狀者散播病毒?

疫情發展至今的眾多防疫手段中,口罩的爭議很大。基本上西洋國家不建議,甚至反對一般民眾戴口罩,直到最近幾天有些國家才改變看法。許多亞洲國家的作法則截然不同,鼓勵民眾出門多戴口罩。13, 14

「1918新型流感」西班牙流感時的留影,一家洋人都不是醫護人員,但是人人戴口罩,連貓貓都戴,和現在截然不同。

醫療人員需要戴口罩,沒有任何質疑,但是口罩對一般人究竟有什麼防疫效果非常曖昧。口罩教範指出:「生病的人要戴口罩,健康的人不戴口罩」,或許仍然反映出大部分的事實。

一般手術口罩的防護有限,保護健康者的效果不是太完全。不過有個聽起來十分合理,但是仍然沒有實證的論點是:

假如許多感染者介於輕微到沒有症狀,卻仍然有傳染能力,那麼這些看似健康實則生病的人戴上口罩,確實能降低傳染機率,保護沒有生病的人。

不缺口罩的狀況下,減少接觸,與他人接觸時戴著口罩,搭配洗手、清潔等措施,應該能大幅降低被傳染的機率。

避免大象躲貓摔斷腿:了解疫情才不會錯誤防疫

掌握多少感染者沒有症狀,不是單純的學術問題,對於評估疫情也非常重要。有多少感染者沒有症狀,會影響致死率的計算。比方說確診 500 人,50 人死亡,致死率看似為 10%;可是倘若另有 500 位無症狀感染者,那麼致死率其實是 5%。在此之下,疫情實際況狀是傳播得更廣,致死率卻更低。

你知道冰山在水面上只是一部份,但是水面下看不到的地方,冰山到底還有多大?圖/取自 wonderopolis

SARS二世病毒在世界廣傳,各國都提出政策應戰,作戰必需掌握情報,了解病毒的傳播能力和狀況,才能正確調度資源,決定如何面對疫情。包括 WHO 在內,不少人建議各國要「學習中國的防疫手段」,說穿了就是搞嚴密封城那套,把每個人都變成孤島。

姑且不論在長期維持高度管制下,各國的資源是否充足到不至於令社會崩潰,根本問題在於:嚴厲的防疫手段是必要的嗎?

假如疫情其實沒那麼嚴重卻過度反應,對社會將造成不可忽視的反效果,反之亦然。就好像大象為了躲避犀牛衝撞,跳下壕溝摔傷一條腿大概值得;可是如果大象是為了躲貓貓衝撞而斷腿,卻是大大的得不償失

由於資訊有限,目前許多國家的決策十分依賴模型,但是模型很可能與現實不一致,而且疫情變化迅速,必須不斷使用新的正確數據調整模型,才不會有大象被犀牛衝撞卻不躲避,或是面對貓貓竟然反應過度的結果。15, 16

斷航、管制、隔離、封城等防疫措施對社會影響很大,妥善使用能減緩疫情,疫情不嚴重卻不可濫用。

怎麼知道多少人感染過病毒?

檢驗感染的方法很多,都會面臨偽陽性偽陰性,以及資源有限的問題。至今最廣泛使用的 qRT-PCR,偵測病毒的遺傳物質 RNA 核酸,相對準確但是耗費人力,不可能用於大規模的普查。

有些改良版的快速 PCR 已經投入戰場,如亞培的「ID NOW 快篩平台」,不過尚未普及,效果仍等待實戰考驗。也有人開發以 CRISPR 為基底,另一種偵測 RNA 的檢測方法。不過都一樣,各式各樣的檢測在原理上都說得通,但是效果如何仍需等待實測結果17, 18, 19

偵測核酸以外,也能以蛋白質為檢驗目標,通常被稱作各種「快篩」。例如可以偵測病毒的蛋白質。此一作法和偵測核酸一樣,適合了解一個人在檢測當下是否正在感染病毒;一旦確診便可立即隔離與治療,並追蹤接觸者,對於阻止傳播非常有用。

人體感染病毒後會產生抗體,即使康復後一段時間,抗體仍然存在,因此偵測是否有對抗 SARS二世的抗體,也能了解此人是否感染過病毒。若是有許多默默痊癒的無症狀感染者,多半能在他們的血液中抓到抗體。假如沒有出乎意料的技術進展,此一作法應該是普查的最佳手段,能用於了解全體人口中到底多少人感染過病毒,評估疫情的真實狀況。20

不過初步研究指出,感染 SARS二世病毒以後要過幾天才會產生抗體,所以檢驗抗體無法篩選感染初期的病患。必需搭配使用各種方法,才能拼湊出疫情的全貌。

劃重點:

  • 輕微或無症狀感染者究竟有多少,仍不清楚,但無症狀感染者很可能超過 18%。
  • 輕微或沒有症狀的感染者具有傳染力,容易成為防疫漏洞。尤其在疫情開始到仍在醞釀,尚未引發注意的階段。
  • 了解疫情的真實狀況,才能決定防疫手段,以免反應過度或不足。
  • 如果偵測抗體的技術(快篩)成功普及,可以進行普查了解疫情狀況。
  • WHO 就算不是疫情反指標,也是落後指標。

延伸閱讀

參考文獻

  1. WHO 的中國考察報告 pdf〈Report of the WHO-China Joint Mission on Coronavirus Disease 2019 (COVID-19)
  2. Covert coronavirus infections could be seeding new outbreaks
  3. Epidemiology and Transmission of COVID-19 in Shenzhen China: Analysis of 391 cases and 1,286 of their close contacts
  4. The early phase of the COVID-19 outbreak in Lombardy, Italy
  5. Mizumoto, K., Kagaya, K., Zarebski, A., & Chowell, G. (2020). Estimating the asymptomatic proportion of coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases on board the Diamond Princess cruise ship, Yokohama, Japan, 2020. Eurosurveillance, 25(10).
  6. What the cruise-ship outbreaks reveal about COVID-19
  7. Evolving Epidemiology and Impact of Non-pharmaceutical Interventions on the Outbreak of Coronavirus Disease 2019 in Wuhan, China
  8. A third of coronavirus cases may be ‘silent carriers’, classified Chinese data suggests
  9. 【武漢肺炎】中國官方密件:4.3萬無症狀者未列入確診紀錄
  10. Zou, L., Ruan, F., Huang, M., Liang, L., Huang, H., Hong, Z., … & Guo, Q. (2020). SARS-CoV-2 viral load in upper respiratory specimens of infected patients. New England Journal of Medicine, 382(12), 1177-1179.
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  12. Li, R., Pei, S., Chen, B., Song, Y., Zhang, T., Yang, W., & Shaman, J. (2020). Substantial undocumented infection facilitates the rapid dissemination of novel coronavirus (SARS-CoV2). Science.
  13. Not wearing masks to protect against coronavirus is a ‘big mistake,’ top Chinese scientist says
  14. Would everyone wearing face masks help us slow the pandemic?
  15. Mathematics of life and death: How disease models shape national shutdowns and other pandemic policies
  16. Can you put a price on COVID-19 options? Experts weigh lives versus economics
  17. DETECT COVID-19 IN AS LITTLE AS 5 MINUTES
  18. The standard coronavirus test, if available, works well—but can new diagnostics help in this pandemic?
  19. 中國坑人的防疫黑心貨?西班牙陷入「無效快篩」退貨羅生門
  20. New blood tests for antibodies could show true scale of coronavirus pandemic

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
178 篇文章 ・ 702 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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達文西奇想系列模型夏日限定優惠
PanSci_96
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達文西奇想系列模型

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自動車 機械鼓 裝甲車

自動車

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加農炮 投石器

加農炮

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PanSci 的有禮貌好康活動

活動A|文西30秒-影片徵件

憋尿對膀胱不好,憋著科學不講對大家不好,達文西的發明研究手稿收藏起來,科技不知道晚進步多少年。希望大家可以一起來分享科學!

活動辦法:
拍攝 30 秒短片並上傳至自己的facebook塗鴉牆,並將連結留言至PanSci粉絲團置頂活動文,即完成影片報名。

影片內容:
以 30 秒以內長度的影片,針對一組達文西系列模型,向其他泛科學讀者們分享相關科學知識,影片呈現方式不限,不一定要使用模型實體,可使用圖片,但所提及的模型一定要出現。

獎項:

  1. 幽默趣味獎 × 1   編輯群笑越久分數越高,最高分者得獎。
  2. 毀人不倦獎 × 1   科學內容深入淺出,編輯群看完頻頻點頭,點越久分數越高,最高分者得獎。
  3. 人氣影片獎 × 1   留言按讚數最高者得獎;若有兩名並列第一,則抽一名得獎。

活動時間:8/20 0:00 起跑,8/28 24:00 截止;9/1 公佈得獎名單。

獎勵: 每位得獎者可得到 8 入組全套

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活動B|叫文西來-開賣商品分享活動

時間: 7/31 ~ 8/2 24:00 截止(對!截止囉)

活動辦法:
在PanSci FB專頁置頂活動文下留言「8/5 達文西投石機加農砲矛矛大對決」按讚並分享,就會抽出 2 位幸運者各贈送 1 組開賣商品:投石機&加農砲。

得獎名單將於 8/4 (一) 公布,請密切注意得獎訊息。得獎者請於 8/8 (五) 17:00 前私訊姓名、電話、收件地址,逾期視同放棄。

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