Физика социальной дистанции: работает ли правило «двух метров» на самом деле?

Все мы помним этот ритуал. Наклейки на полу супермаркета, настойчивые объявления по громкоговорителю, неловкие переглядывания, если кто-то подходил слишком близко. Правило «шести футов», или наших родных полутора-двух метров, стало почти священным символом эпохи пандемии. Казалось бы, всё логично: держись подальше, и капельки с вирусом до тебя не долетят.

Но что, если эта простая и понятная инструкция упускала из виду самое главное — физику? Группа учёных из Массачусетского университета в Амхерсте задалась тем же вопросом. Они копнули глубже и выяснили, что реальное поведение вирусных частиц в движущейся очереди напоминает скорее непредсказуемую лотерею, чем понятную схему. И результаты их работы, опубликованные в престижном журнале Science Advances, заставляют по-новому взглянуть на наши пандемийные привычки.

Загвоздка в движении

Основная проблема правила «двух метров» в его статичности. Оно предполагает, что два человека стоят неподвижно. Но очередь — это динамическая система. Мы делаем шаг, останавливаемся, снова идём. Это постоянное движение создаёт воздушные потоки, о которых создатели общих рекомендаций, кажется, не задумывались. А ведь именно эти потоки и несут на себе невидимый груз — аэрозоли, которые мы выдыхаем.

Чтобы изучить этот невидимый танец аэрозолей, учёные столкнулись с очевидной этической проблемой: нельзя же заставить реальных людей стоять в очереди и дышать друг на друга потенциально опасным воздухом. Решение оказалось изящным и технологичным.

Команда, которую, что примечательно, возглавили двое студентов-бакалавров, создала миниатюрную модель очереди. На конвейерной ленте они разместили напечатанные на 3D-принтере фигурки людей. Эти «человечки» умели «выдыхать» — выпускать окрашенный дым, имитирующий аэрозоли от дыхания, кашля или чихания. Движение ленты в точности повторяло ритм настоящей очереди: шаг-остановка, шаг-остановка. Параллельно велось и компьютерное моделирование, чтобы подтвердить результаты. И то, что они увидели, перевернуло интуитивные представления с ног на голову.

Когда тёплый воздух летит вниз

Казалось бы, всё просто: наше тело теплее окружающего воздуха. По законам физики, тёплый воздух (вместе с нашими выдохами) должен подниматься вверх, уходя подальше от человека, стоящего сзади. Но эксперимент показал прямо противоположное.

Выяснилось, что само движение человека вперёд создаёт за ним аэродинамический след, похожий на кильватер за лодкой. Этот след образует так называемый «нисходящий поток» (downwash). Он буквально затягивает выдыхаемый воздух и увлекает его вниз, за спину идущего. Вместо того чтобы безопасно улетучиваться к потолку, аэрозольный шлейф прижимается к полу.

Но самое интересное началось, когда исследователи стали менять температуру в «комнате», где двигались их модели. Тут-то и проявилась вся сложность ситуации.

Температурная лотерея: три сценария опасности

Оказалось, что судьба выдохнутых вами частиц напрямую зависит от термометра в помещении.

1. Сценарий №1: Летняя жара. В душной комнате без кондиционера, где температура воздуха близка к температуре тела (около 36,6 °C), эффект нисходящего потока доминирует. Воздушный след от вашего движения уверенно прижимает аэрозоли к полу. Звучит безопасно, не так ли?
2. Сценарий №2: Прохлада кондиционера. В хорошо охлаждаемом помещении разница между температурой вашего тела и воздуха значительна. Здесь в игру вступает плавучесть. Сила восходящего потока от тёплого выдоха оказывается мощнее, чем нисходящий след от ходьбы. Аэрозоли устремляются вверх, к потолку. Тоже относительно безопасный вариант.
3. Сценарий №3: «Золотая середина» — самая опасная зона. А что, если температура в помещении не слишком высокая и не слишком низкая? Например, комфортные 22-24 градуса. В этом случае силы уравновешиваются. Нисходящий поток от ходьбы не даёт аэрозолям подняться, а тепло выдоха не даёт им упасть на пол. В результате облако частиц зависает в воздухе — аккурат на уровне лица человека, который делает шаг вам вслед.

Именно этот третий сценарий превращает очередь в русскую рулетку. Вы можете соблюдать дистанцию в два, три или даже четыре метра, но если вы оказались в «правильном» месте в «правильное» время при «правильной» температуре, вы рискуете вдохнуть концентрированную порцию чужих аэрозолей.

Что теперь с этим делать?

«В конечном счёте, универсального рецепта безопасности не существует», — подводит итог старший автор исследования Варгезе Матай. И это, пожалуй, главный вывод.

Эта работа — не повод для паники или обвинений в адрес тех, кто разрабатывал санитарные нормы. Это яркая иллюстрация того, что реальный мир неизмеримо сложнее любых упрощённых моделей. Общественные рекомендации должны быть простыми и понятными для всех, но за этой простотой скрывается сложнейшая физика, где важна каждая деталь: не только дистанция, но и температура, влажность, наличие вентиляции и даже ритм движения толпы.

Исследование физиков из Амхерста — это шаг к созданию более тонких и умных рекомендаций для будущих эпидемий. Возможно, однажды системы климат-контроля в общественных местах будут не просто поддерживать комфортную температуру, но и настраивать воздушные потоки так, чтобы минимизировать распространение вирусов.

А пока мы можем сделать для себя простой вывод: стоя в очереди, полезно помнить не только о наклейках на полу, но и о невидимых силах, которые устраивают свой собственный сложный танец в воздухе вокруг нас. И иногда самый надёжный способ защиты — это хорошая маска, которая работает независимо от законов гидроаэродинамики.