กาฬโรคเป็นหนึ่งในโรคระบาดร้ายแรงที่สุดในประวัติศาสตร์ เริ่มตั้งแต่ปี 1347 โรคระบาดใช้เวลาเพียง 3 ปีในการแพร่กระจายจากคอนสแตนติโนเปิลทางตะวันตกของตุรกีไปยังอิตาลีและจากนั้นไปยังส่วนอื่นๆ ของยุโรป ทำให้ประชากรเกือบหนึ่งในสี่ของทวีปเสียชีวิต การศึกษาทางประวัติศาสตร์ยืนยันว่าโรคแพร่กระจายอย่างราบรื่น สร้างแนวระบาดที่เดินทางผ่านทวีปเป็นคลื่นต่อเนื่องในอัตรา
ประมาณ 200–400 ไมล์ต่อปี
ในยุโรปสมัยศตวรรษที่ 14 มีวิธีการคมนาคมเพียงไม่กี่วิธี และผู้เดินทางสามารถเดินทางได้ระยะทางค่อนข้างสั้นในหนึ่งวัน การถือกำเนิดของการขนส่งสมัยใหม่ได้เปลี่ยนแปลงภาพนี้ไปอย่างมาก ทำให้การแพร่ระบาดของโรคเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น การระบาดใหญ่ของไข้หวัดใหญ่ในปี 1918
ใช้เวลาเพียงหนึ่งปีในการแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดในสหรัฐอเมริกาหรือยุโรปไปยังหมู่เกาะในมหาสมุทรแปซิฟิก ในขณะที่ไวรัสไข้หวัดใหญ่ 1957 แพร่กระจายไปทั่วโลกภายในเวลาประมาณหกเดือน เมื่อวันที่ 11 มิถุนายน พ.ศ. 2552 องค์การอนามัยโลก ( WHO ) ประกาศว่าไวรัสชนิดใหม่
ที่เรียกว่า ได้กลายเป็นโรคระบาดครั้งแรกในศตวรรษที่ 21 เวลานี้ผ่านไปเพียงสองเดือนระหว่างการแจ้งเตือนระหว่างประเทศครั้งแรกกับการประกาศของ WHO จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์และสาธารณสุข การแพร่ระบาดที่รวดเร็วดังกล่าวก่อให้เกิดความท้าทายที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน เราและกลุ่มอื่นๆ
ที่ทำงานในส่วนประสานระหว่างฟิสิกส์ ระบาดวิทยา และวิทยาการคำนวณจำเป็นต้องติดตามวิวัฒนาการของโรคระบาดแบบเรียลไทม์ ภายใต้สถานการณ์เหล่านี้ มีความไม่แน่นอนอย่างมากในสิ่งที่จะเกิดขึ้น ไวรัสจะแพร่กระจายไปยังประเทศใหม่ได้เร็วแค่ไหน? จะมีผลกระทบต่อประชาชนอย่างไร?
มันอันตรายแค่ไหน? และที่สำคัญเราต้องมีอาวุธอะไรสู้กับมัน? ในฐานะที่เป็นสังคมเคลื่อนที่ที่เชื่อมโยงถึงกัน เราเผชิญกับข้อเสียหลายประการในการต่อสู้กับโรคระบาด โชคดีที่เรามีข้อได้เปรียบเหนือรุ่นก่อนๆ ซึ่งรวมถึงความก้าวหน้าที่สำคัญทางวิทยาศาสตร์การแพทย์เท่านั้น แต่ยังเป็นอาวุธใหม่ที่มีประสิทธิภาพ
ในการต่อสู้
กับโรคระบาด: แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ได้มาจากวิทยาการเครือข่าย ระบาดวิทยาทางคณิตศาสตร์ และฟิสิกส์เชิงสถิติของกระบวนการแพร่กระจายปฏิกิริยา ในคำพูดของนักชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ แอนดรูว์ ด็อบสัน ปัจจุบันแบบจำลองต่างๆ มีความสำคัญอย่างยิ่งในการศึกษาโรคติดเชื้อ
เช่นเดียวกับกล้องจุลทรรศน์ หูฟังของแพทย์ และเครื่องมือในการวินิจฉัยระดับโมเลกุลแบบจำลองสามารถใช้เพื่อประเมินผลกระทบของโรคระบาดและการระบาดใหญ่ต่อสุขภาพของมนุษย์ และเพื่อคาดการณ์การแพร่กระจายทางภูมิศาสตร์ของโรค จำนวนผู้ป่วยที่คาดหวัง และระยะเวลาที่การแพร่ระบาด
สูงสุด ผลลัพธ์ที่เป็นตัวเลขจากแบบจำลองเหล่านี้สามารถช่วยแจ้งเตือนเจ้าหน้าที่สาธารณสุข เป็นแนวทางในการวางแผนสำหรับมาตรการรักษาระยะห่างทางสังคม เช่น การปิดโรงเรียน และแนะนำกลยุทธ์สำหรับการพัฒนา การผลิต และการบริหารวัคซีน นอกจากนี้ยังสามารถอนุญาตให้ผู้เชี่ยวชาญ
ด้านสาธารณสุขประเมินผลกระทบที่มาตรการเหล่านี้อาจมีในการบรรเทาการแพร่ระบาด บทบาทของฟิสิกส์นักฟิสิกส์ใช้วิธีการทางคอมพิวเตอร์มานานแล้วในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับระดับอิสระจำนวนมาก และตอนนี้สามารถจำลองกระบวนการทางวัตถุและปรากฏการณ์ทางกายภาพในระดับต่างๆ ได้
ปัจจุบัน
แทบจะเป็นเรื่องปกติไปแล้วในการศึกษา เช่น กระบวนการแตกหักในวัสดุโดยการจำลองอะตอมมากกว่าพันล้านอะตอม หรือเพื่อแก้สมการวิวัฒนาการของธาตุไฟไนต์เอลิเมนต์หกพันล้านตัวในของเหลวในพลาสมา นอกจากนี้ การถือกำเนิด และเทคนิคการจำลองอื่นๆ ในสาขาต่างๆ
เช่น เคมีควอนตัม พลศาสตร์ของโมเลกุล และวัสดุศาสตร์ ทำให้สามารถคำนวณพฤติกรรมของอะตอมเดี่ยวหรือสถานะรวมของสสารจากหลักการแรกได้ จากความสำเร็จเหล่านี้ จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะสงสัยว่าเหตุใดเราจึงอยู่ในขั้นตอนดั้งเดิมกว่ามากในการคาดการณ์เชิงปริมาณว่าโรคอุบัติใหม่ที่เพิ่งตรวจพบ
(หรือแม้แต่ไข้หวัดใหญ่ตามฤดูกาล) จะมีวิวัฒนาการอย่างไร ข้อแตกต่างพื้นฐานคือ แม้ว่าโดยหลักการแล้วการจำลองมนุษย์ 6 พันล้านคนจะมีความเป็นไปได้ทางการคำนวณ แต่แบบจำลองที่ใช้ในกระบวนการแพร่ระบาดและการแพร่กระจายต้องรวมถึงปัจจัยทางสังคมและพฤติกรรม
ไม่ใช่แค่กฎทางกายภาพ (เปรียบเทียบง่ายๆ) ที่ควบคุมของไหลหรือการเคลื่อนที่ของอะตอม . ดังนั้น แม้ว่ารากฐานทางทฤษฎีที่จำเป็นในการเข้าถึงการแพร่กระจายของโรคด้วยคอมพิวเตอร์มีมานานแล้ว ความคืบหน้าถูกขัดขวางโดยการขาดข้อมูลว่าผู้คนมีปฏิสัมพันธ์ เดินทาง และปฏิบัติตัวอย่างไร
รวมถึงโครงสร้างชุมชนอย่างไร และวิธีที่พวกเขามีปฏิกิริยาต่อสิ่งแวดล้อม การเมือง ปัจจัยทางเทคโนโลยีและวัฒนธรรม เลเยอร์ทั้งหมดเหล่านี้ ตั้งแต่ปัจเจกบุคคลไปจนถึงสังคมโลกและสภาพแวดล้อมโดยรอบ มีปฏิสัมพันธ์ในหลายระดับ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความซับซ้อนของปรากฏการณ์
ที่จะจำลองและสร้างอุปสรรคที่น่ากลัวต่อการพัฒนาแนวทางการคำนวณเชิงทำนาย อย่างไรก็ตาม ทศวรรษที่ผ่านมาได้เห็นความสามารถของเราเพิ่มขึ้นอย่างมากในการรวบรวมข้อมูลเหล่านี้ ส่วนใหญ่เป็นเพราะขอบเขตระหว่างพฤติกรรมทางสังคมในโลกแห่งความเป็นจริงและโลกไซเบอร์เริ่มหายไป
อุปกรณ์ต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือและผู้ช่วยดิจิทัลส่วนบุคคลสร้างร่องรอยโดยละเอียดของกิจกรรมประจำวันของเรา เว็บไซต์ต่างๆ ได้ผุดขึ้นเพื่อบันทึกข้อมูล เช่น การกระจายของธนบัตรที่สามารถใช้เพื่ออนุมานถึงปฏิสัมพันธ์และการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ดังที่แสดงและเพื่อนร่วมงาน
