吳愛軍副教授 李 銳 楊 苗
(西南科技大學 環(huán)境與資源學院,四川 綿陽 621010)
改革開放40多年以來,我國已經(jīng)快速成長為第二大經(jīng)濟體。但高速發(fā)展與繁榮的另一面,各種事故卻頻頻發(fā)生,造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,諸如,2014年的“8.2昆山工廠爆炸事故”、2015年的“8.12天津濱海新區(qū)爆炸事故”、2018年的“7.21宜賓化工廠爆炸”、2019年的“3.21鹽城響水化工廠爆炸”等震驚世人的爆炸事故。大爆炸發(fā)生之后,通常做法是,全國各地來一次大檢查,而之后又進入沉靜。這種“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”的治理方式是毫無意義的,根本沒有解決實質(zhì)問題。除了事故發(fā)生企業(yè)自身管理存在問題、當?shù)卣块T監(jiān)管不力之外,筆者認為其關(guān)鍵問題在于安全科學相對滯后,尤其在基礎理論研究方面沒有新的突破。其中最突出的兩個問題:一是“安全”概念沒統(tǒng)一;二是動態(tài)安全理論沒有建立起來。
針對第一個問題,目前有關(guān)“安全”概念有很多種。在張景林編著的《安全學原理》[1]中關(guān)于安全的定義有以下幾種表述:安全可以是一個復雜系統(tǒng)的動態(tài)過程或狀態(tài),過程的趨勢或狀態(tài)是人和事物受到的傷害(包括身體的、精神的)或遭受的損失在當時人們可以接受的范圍內(nèi);安全還可以是一種特定的技術(shù)狀態(tài),即滿足一定安全技術(shù)指標要求的物態(tài);安全還可以是人們的一種理念,即人與物不會受到傷害和損失的理想狀態(tài)[1]。安全是一個確定性的狀態(tài)或過程,并且受到的損失和傷害對于當時的人們來說,是已經(jīng)接受并且能夠接受[1]。事故也是一個確定性的狀態(tài),并且遭受的損失超過了當時人們可以接受的范圍[1]。吳超[2-3]認為安全是一定時空內(nèi)理性人的身心免受外界危害的狀態(tài);劉潛[4]認為安全是人的身心免受外界因素危害的存在狀態(tài)(或稱健康狀況)及其保障條件。傅貴[5-8]采用歸納法定義安全有兩點:一是沒有事故的狀態(tài);二是沒有不可接受的事故發(fā)生風險的狀態(tài)。
以上是幾種較為典型的安全概念。正如《安全學原理》所寫:狀態(tài)、過程、技術(shù)安全、理念都是定義這個概念應該考慮的內(nèi)涵,足見對安全下定義之難,形成統(tǒng)一更難[1]。筆者認為,以上4個內(nèi)涵當以“狀態(tài)”最難判定,特別是對系統(tǒng)在過去、現(xiàn)在與未來的狀態(tài)進行明晰和界定。
針對第二個問題?,F(xiàn)如今,人類對安全的認識已經(jīng)由無知、局部、系統(tǒng)的安全認識進入動態(tài)的安全認識階段[1],對安全認知越來越接近事物發(fā)展的基本規(guī)律,即安全系統(tǒng)是個動態(tài)的開放系統(tǒng)[1,3,9-14],安全是個動態(tài)的狀態(tài)或過程。雖然各界對安全有了動態(tài)的認知,但相關(guān)安全理論仍使用的是“靜態(tài)內(nèi)核”,因此必須突破現(xiàn)有的認識上的禁錮,建立動態(tài)安全理論。其突破點就在于搞清楚系統(tǒng)在過去、現(xiàn)在與將來時間里存在的方式及狀態(tài)。
本文借鑒量子糾纏理論,提出了“安全與危險糾纏”理論學說,建立了安全與危險糾纏模型,分析了其糾纏機制。在此基礎上對安全、危險等定義進行了新的闡釋?;谛吕碚搶ο到y(tǒng)在不同時空存在的狀態(tài)即方式進行分析,擴展了“安全與危險糾纏”的基本特征,糾纏方式及其理論意義,以幫助更好的理解其理論內(nèi)容?!鞍踩c危險糾纏”理論的創(chuàng)立將為安全科學發(fā)展提供新思想,擴展新方向。
量子糾纏理論能夠給我們一個什么樣的啟示?
什么是量子糾纏[16]?
假設一個零自旋中性π介子衰變成一個電子與一個正電子,它們各自朝著相反方向移動,電子移動到區(qū)域A,A區(qū)域的觀察者會觀測電子沿著某特定軸向的自旋;正電子移動到區(qū)域B,B區(qū)域的觀察者也會觀測正電子沿著同樣軸向的自旋。在測量之前,這兩個糾纏粒子共同形成了零自旋的“糾纏態(tài)”是兩個直積態(tài)的疊加,以狄拉克[15]標記表示為:
兩種狀況疊加在一起,每一種狀況都有可能發(fā)生,不能確定到底哪種狀況會發(fā)生,因此,電子與正電子糾纏在一起而形成糾纏態(tài)。
如果不去測量它們,那么這對電子和正電子會共同形成零自旋的糾纏狀態(tài)。如果觀測其中一個粒子,比如電子,那么它們之間的糾纏態(tài)就會確定,導致電子和正電子都有了相反狀態(tài)的自旋。如果觀測電子的自旋為下,那么與之糾纏的正電子自旋必為上,這種現(xiàn)象叫塌縮,如圖1。
微觀世界中同時處于多重疊加態(tài)的量子,它們旋轉(zhuǎn)的方向或者它們多重的疊加狀態(tài)在擴張的軌道上并沒有做出任何改變或者選擇,而是因為觀察者的觀察或者其它量子的作用,促使量子和它們在擴張軌道上運動途中的運動軌跡,瞬間改變了時間參考系并且同時塌縮。
圖1 量子糾纏示意圖Fig.1 Quantum entanglement schematic diagram
物理學家對于微觀世界的現(xiàn)象百思不得其解。歷史上出現(xiàn)了兩個用宏觀世界中糾纏類比微觀世界糾纏的經(jīng)典案例。一個是著名的薛定諤的貓。他的貓?zhí)幱诹孔討B(tài),不打開箱子,永遠不知道貓是死是活,倘若采取各種手段去獲得了信息,那等同于觀察了貓,就會導致量子態(tài)的塌縮。另一個是波特曼決定:波特曼兩只腳上的襪子顏色總存在“不同顏色”關(guān)聯(lián),且顏色是隨意的。當人們看到他一只腳上穿紅色(花色等)襪子時,立刻得出另一只腳上的襪子不是紅色(花色)。這或許是最簡單的宏觀世界里的“糾纏”了。
借鑒這樣奇妙又神奇的量子糾纏理論,筆者對“安全”與“危險”這對矛盾體有了新認知。平時人們所認識的“安全”和“危險”實質(zhì)上是一種信息,是無法定義其大小,而微觀世界中的量子是最小的不可分割基本單位,可見,兩者具有相似性。為此,建立起“安全與危險糾纏”理論模型,如圖2。在一個系統(tǒng)里,箭頭向上表示“出現(xiàn)”狀態(tài),箭頭向下表示“不出現(xiàn)”狀態(tài)。那么,安全與危險都有兩種狀態(tài),即“出現(xiàn)”和“不出現(xiàn)”。
(1)在安全與危險糾纏的系統(tǒng)中,每一種情況都有可能發(fā)生,但不能確定具體哪種情況會發(fā)生。因此,安全與危險糾纏在一起而形成糾纏態(tài)。如果人們不去觀察它們,那么安全和危險就會共同形成糾纏狀態(tài)。
圖2 安全與危險糾纏理論模型Fig.2 Theoretical model of safety and danger entanglement
(2)如果觀測其中一個狀態(tài),比如安全,那么它們之間的糾纏態(tài)就會確定,導致安全和危險都有了相反狀態(tài)。如果觀測“安全”是以“出現(xiàn)”方式顯現(xiàn),那么與之糾纏的“危險”就會以“不出現(xiàn)”的方式而顯現(xiàn)。這種現(xiàn)象叫做“安全與危險”組成系統(tǒng)的塌縮。
這里的“觀察”是指人們通過各種手段得到該系統(tǒng)的安全信息。
(3)生產(chǎn)必然伴隨著風險。人類所追求的理想狀態(tài)就是始終保持著“安全與危險糾纏”狀態(tài)(以下簡稱“安危糾纏”),并使其向“安全”方向塌縮。
如圖3,截取系統(tǒng)在一個微小時段內(nèi)的狀態(tài)進行分析,圖中的虛線框表示下一時刻即將到來的狀態(tài)。當沒有人員和財產(chǎn)損失,直至生產(chǎn)任務結(jié)束時,整個系統(tǒng)“安危糾纏”狀態(tài)就會完全坍塌為安全狀態(tài),我們說整個過程系統(tǒng)是安全的,而當“安危糾纏”狀態(tài)向“危險”方向塌縮時,事故就出現(xiàn)了,該系統(tǒng)這種“安危糾纏”就被中斷或停止。一般情況下,系統(tǒng)越可靠,其糾纏的時間就越長,反之,糾纏時間就越短。
圖3 安全與危險糾纏機制示意圖Fig.3 Schematic diagram of entanglement mechanism of safety and danger
通過以上分析可見,“安全與危險糾纏”是指系統(tǒng)中的“安全”與“危險”這一矛盾體以相互依存、交織或疊加的方式而存在的狀態(tài)或過程。此定義包含兩個內(nèi)容。一是“安全”與“危險”糾纏的方式是相互依存、交織或疊加;二是糾纏其實也是系統(tǒng)存在狀態(tài)或過程,強烈的依賴時間。若系統(tǒng)越可靠,則安全與危險糾纏的時間就越長,反之,亦然。
因此,這里給出“安危糾纏”有其自身糾纏機制:安全與危險糾纏是系統(tǒng)存在狀態(tài)或過程,因此是有始有終的。若系統(tǒng)在某一時刻向危險方向塌縮時,則事故出現(xiàn),該系統(tǒng)的糾纏狀態(tài)就會立即中斷或停止;若系統(tǒng)的糾纏態(tài)向安全方向塌縮時,則系統(tǒng)在下一時刻的糾纏狀態(tài)就會立即顯現(xiàn),即向安全方向塌縮時,系統(tǒng)的糾纏狀態(tài)不會被中斷,這與前者相反。當任務結(jié)束時,在此過程中若無任何事故,則整個系統(tǒng)的糾纏態(tài)就會塌縮成一個具體的狀態(tài)——安全,反之,則以事故結(jié)束。
從哲學方面論述:安全與危險是事物的一對矛盾體,彼此以對方的存在而存在,且隨著時間而不斷變化。這就是“安全與危險糾纏”理論的哲學基礎。在沒有借鑒量子糾纏理論之前,人們對于系統(tǒng)在時間維度下存在方式與狀態(tài)容易產(chǎn)生困惑。平時人們所認知的安全與事故,其實是系統(tǒng)塌縮后確定的、不斷被定格在歷史坐標上的狀態(tài),是一種相對靜止的狀態(tài);而系統(tǒng)在當前與未來則處于“安危糾纏”的、不確定的,是隨著時間不斷變化的狀態(tài),是一種相對運動的狀態(tài)。這是“安全與危險”糾纏理論的核心內(nèi)容,也是區(qū)別于其它概念和理論的關(guān)鍵要點。這個內(nèi)容填補了其它安全理論在這方面的空白,使得安全理論更加完善。
“安全”與“危險”均存在于系統(tǒng)的“過去、現(xiàn)在和未來”整個生命周期中,而它們又各自以顯性或隱性方式存在。
在過去的時間里,系統(tǒng)是塌縮的、確定的狀態(tài),但是,安全與危險并沒有彼此分離,而是以“一顯一隱”的方式存在。當安全以顯性方式存在時,則危險以隱性方式存在,反之亦然;而當前時刻,安全與危險均是以顯性的方式糾纏在一起的,呈現(xiàn)出不確定的狀態(tài);而未來,安全與危險均是以“隱性”的方式糾纏在一起的,也是不確定的狀態(tài),因為它們還沒有到來,所以沒有發(fā)生,見表1、2。
為了更好說明系統(tǒng)在整個時間軸上呈現(xiàn)的方式與狀態(tài),用圖4進行示意。圖中用點陣加上純色表示顯性,用方格加上純色表示隱性。
表1 系統(tǒng)存在方式與狀態(tài)Tab.1 System existence and state
表2 安全與危險存在的方式Tab.2 Safety and danger existence
綜合以上分析,明確了系統(tǒng)在不同時段里存在的方式和狀態(tài),以及“安全”與“危險”各自在整個時間軸上存在方式。至此,基于“安危糾纏”理論,我們來重新認識以下幾個“熟悉又陌生”的概念,見表3。
圖4 安全與危險狀態(tài)變化示意圖Fig.4 Schematic diagram of changes in safety and dangerous state
表3 幾個名詞新認知Tab.3 Some new concepts
因此,通過以上分析,安全的概念就可以形成統(tǒng)一認識,這個意義是非常重大的。
“安危糾纏”理論較為抽象,下面舉兩個個例子進行說明。
例1:2018年5月14號上午7:00多,川航由重慶飛拉薩的3U8633航班飛行途中駕駛艙右座前風擋玻璃破裂脫落,機組實施緊急下降,中途安全備降成都。在這個過程中,這位3U8633航班機長冒著極其惡劣環(huán)境將其飛到成都降落。整個飛行至成功備降的過程,可以這樣來理解:從乘客進入飛機,到中途出現(xiàn)險情,一直到飛機迫降即將著地之前,整個飛機內(nèi)所有人員與飛機所呈現(xiàn)是“安危糾纏態(tài)”。而當飛機安全落地,??吭谕C坪,乘客走出艙門的那一刻,該系統(tǒng)就塌縮成一個明確的狀態(tài)——乘客與飛機安全了。
例2:一場球賽從開打到比賽結(jié)束前一秒鐘,都無法預判最終誰勝誰負,只知道“誰暫時領(lǐng)先或落后”等,直至比賽結(jié)束才見分曉。整個比賽過程中每只球隊都處于“勝負”糾纏態(tài),當比賽結(jié)束的哨子吹響那一刻,整個比賽就塌縮了,每只球隊的“勝負”狀態(tài)立刻顯現(xiàn)。
基于以上分析,所謂的安全與危險其實是一種信息,而這對信息之間存在一種糾纏機制,就是安全出現(xiàn)的時候,危險就不出現(xiàn);當危險出現(xiàn)時,而安全就不會出現(xiàn)。在當前時刻,安全與危險是以顯性的方式糾纏在一起;而過了當前時刻,即成為過去時段,系統(tǒng)就會立即塌縮成一個確定的狀態(tài)——安全或者事故。但是安全與危險糾纏態(tài)是一個特殊系統(tǒng),要是塌縮為安全狀態(tài)時,該系統(tǒng)下一時刻以隱性方式存在的“安全糾纏”狀態(tài)就會到來并顯現(xiàn),系統(tǒng)的“安危糾纏”狀態(tài)就可以繼續(xù)持續(xù)下去,直至任務結(jié)束;倘若系統(tǒng)的“安危糾纏”狀態(tài)塌縮為事故時,系統(tǒng)遭到破壞而無法正常運行或被中止。
針對不同風險值條件下具體系統(tǒng)的“安全與危險糾纏”方式差異較大。如高爐煉鋼車間的安全與危險糾纏方式就是防范“高溫燙傷、起重傷害”等風險;建筑工地的安全與危險糾纏方式就是防范“高處墜落、物體打擊”等風險;紡織廠的安全與危險糾纏方式主要是防范火災威脅。糾纏方式的差異只是行業(yè)表現(xiàn)形式不同,但它們的“安全與危險”糾纏本質(zhì)是相同的。
對于低風險、高安全情況,通常無危險感存在。如日常辦公、家中休息時,如果說此時人正處于安全與危險糾纏的狀態(tài),恐怕無人接受。但是對于高風險狀況,如起重吊裝過程中,其風險值隨著物體提升高度增大而增加,與低風險情況相比,人們對此過程的“安全與危險糾纏”狀態(tài)的感受要深刻的多。雖然有時系統(tǒng)危險有害因素的顯現(xiàn)度不夠,但它們作為客觀存在也是不容忽視的。一旦條件成立,危險即刻顯現(xiàn)從而導致事故發(fā)生。
由以上的理論基礎,筆者總結(jié)出“安全與危險糾纏”具有以下基本特征,見表4。
表4 安全與危險糾纏基本特征Tab.4 The basic features of the entanglement of safety and danger
我們生活在一個塌縮的世界,通常看到的都是事物確定的狀態(tài),諸如“對與錯”、“黑與白”、“美與丑”、“善與惡”及“安全與危險”等等。量子糾纏為我們?nèi)祟惤沂玖耸挛锟梢缘谌N狀態(tài)存在——不確定性,如安全與危險兩者相互疊加、交織或糾纏的狀態(tài),這個理論可以幫助人們從新的角度認識安全與危險。平時人們所見到的安全與事故其實是系統(tǒng)在過去時段內(nèi)已經(jīng)塌縮的、確定的狀態(tài),是不能決定而只能影響現(xiàn)在與未來的狀態(tài)。具體可以從以下4個方面來分別敘述:
(1)人的安全行為和不安全行為始終存在于人的自身。人既可能輸出安全行為,也可能輸出不安全行為,這是由人的生理和心理共同決定的,而人的生理與心理狀態(tài)又會受到外界因素的影響,比如環(huán)境和工作時間等,在惡劣環(huán)境里人更易疲勞、困倦,長時間工作也會使人產(chǎn)生麻痹、倦怠、松懈、粗心、誤操作等不安全行為。換句話說,人的安全行為與不安全行為的輸出是可以選擇和控制的,正確認識這一點對事故預防具有積極意義,例如,可以通過加強管理,提高人的安全意識,以及改善人的工作環(huán)境,通過提高機械化、自動化水平來減輕工人勞動強度,降低不安全行為的顯現(xiàn),從而減少事故發(fā)生的幾率。
(2)機器與設備的安全與不安全狀態(tài)始終存在于運行過程中。在一定能量和物質(zhì)的介入下,機器容易出現(xiàn)磨損、疲勞、發(fā)熱、腐蝕等,有的設備長時間運行容易發(fā)生有毒有害物質(zhì)的外泄,這些都會導致事故發(fā)生。因此加強設備的保養(yǎng)、維護和維修對于正常運轉(zhuǎn),延長其壽命,保障安全生產(chǎn)有著重要作用。
(3)良好的工作環(huán)境是促進安全生產(chǎn)重要條件。但許多行業(yè)的工作環(huán)境是非常惡劣的,并且隨著時間逐漸變化,這對人的身心、設備運行都會產(chǎn)生重要影響。因此,建設良好工作環(huán)境是安全生產(chǎn)的重要保障。
(4)管理也是安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)的統(tǒng)一體。良好的管理能夠促使人、機、環(huán)向良好方向發(fā)展,而低質(zhì)量的管理會使得人、機器和環(huán)境惡化,事故頻發(fā)。因此發(fā)現(xiàn)并抑制不安全因素的出現(xiàn),管理是最好的也是最有效的方式。
從系統(tǒng)角度可以清晰分析出,要想讓系統(tǒng)長時間保持“安危糾纏”狀態(tài),并使其不向危險方向塌縮,必須保持“人機環(huán)管”4個要素均處于良好的運行狀態(tài)。從圖5可以看出,表面是安全與危險兩個因素相互糾纏-塌縮,其實是人機環(huán)管4大要素所包含的各種能量、物質(zhì)、信息所組成的復雜系統(tǒng)及其彼此之間的相互糾纏與塌縮。這個復雜糾纏系統(tǒng)需要投入大量的人力、物力與財力,才能支撐其安全運行。
圖5 安全動態(tài)系統(tǒng)理論體系構(gòu)架圖Fig.5 Theoretical framework of dynamic security system
事故的發(fā)生不是立刻顯現(xiàn)的,往往有其是前因后果和征兆。這就要求加強日常管理,實行動態(tài)的管理,及時排查隱患,并進行治理,將事故消滅在萌芽狀態(tài)。對于高危行業(yè),要加強日常監(jiān)管,包括人機環(huán)管4個要素進行梳理。只有實行動態(tài)的管理,才能捕捉系統(tǒng)瞬息萬變的風險和隱患,才能在第一時間將其控制并解決。如果已經(jīng)發(fā)生了事故也可以通過調(diào)查,了解事故發(fā)生的原因。
系統(tǒng)的“安全與危險糾纏”的兩大特征是動態(tài)性與不確定性,這為動態(tài)安全管理提供了理論支撐。所謂的動態(tài)安全管理不需要精確到一分一秒,根據(jù)不同行業(yè)進行調(diào)整。對于低風險的行業(yè),將 “掃描”周期擴大為天、周、月、甚至季度等;而高危行業(yè),則要增大“掃描”頻率,短則需要精確到一分一秒,長則達到分、小時、天。及時發(fā)現(xiàn)隱患并進行排除,這樣才可以徹底的減少事故的發(fā)生。
由于系統(tǒng)的復雜性,事故發(fā)生的偶然性與隨機性較強,因此加強日常動態(tài)管理可以及時發(fā)現(xiàn)隱患。同時也說明前一秒安全并不能代表下一秒的狀態(tài)是安全的,只有不斷加強動態(tài)管理才可以實現(xiàn)安全效益和經(jīng)濟效益的雙贏。
“安全與危險糾纏”理論就是一種動態(tài)理論,而動態(tài)安全管理關(guān)鍵是通過各種手段及時獲取信息并反饋,這符合安全科學發(fā)展規(guī)律。動態(tài)安全系統(tǒng)理論構(gòu)建需要借助現(xiàn)代科學技術(shù),如大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)與手段,實時采集相關(guān)數(shù)據(jù);結(jié)合具體問題,建立適合的安全數(shù)學模型,對采集的數(shù)據(jù)進行計算與分析,篩選出合理的評價指標,快速給出系統(tǒng)的安全評價指數(shù),及時將安全危險隱患消除,使其恢復“安全與危險”糾纏的狀態(tài)。由此可見,把靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)的管理方式,必將推動安全科學與技術(shù)的快速健康發(fā)展。
安全與危險糾纏理論是在借鑒量子糾纏知識的基礎上建立起來的,有一定的積極意義,但也存在一些問題。
(1)安全與危險糾纏與塌縮的機制沒有搞清楚,這將是一項長期任務。
(2)理論尚處于起始階段,對一些安全事故發(fā)生機制、事故突變機理、復雜安全系統(tǒng),以及具體預防事故和提升系統(tǒng)安全等方面仍需要積極探索。
(3)理論與現(xiàn)代科技相結(jié)合的問題,特別是安全建模、數(shù)據(jù)采集與處理、安全評價指標選取和驗證等方面,仍需要做大量的工作。
通過對安全定義以及存在方式的認識模糊,不能形成統(tǒng)一,嚴重滯后于科技、經(jīng)濟的發(fā)展等問題的分析,構(gòu)建的“安全與危險糾纏”理論模型,闡述了“安全與危險糾纏”理論基本觀點,及其特征和意義。
(1)借鑒量子糾纏理論,提出了“安全與危險糾纏”理論。借鑒量子糾纏理論,建立了“安全與危險糾纏”理論模型,闡釋了安全與危險糾纏-塌縮機制。對“安全”、“危險”和“事故”等基礎概念進行新的闡述。明確了“安全”與“危險”均存在于系統(tǒng)的“過去、現(xiàn)在和未來”整個生命周期中,而它們又各自以顯性或隱性方式塌縮或糾纏為確定或不確定的狀態(tài)。
(2)闡明了“安全與危險糾纏”基本特征及其理論意義。闡明了“安全與危險糾纏”具有主觀、客觀、多維復雜性和時間等基本特征。分析了其理論建立的意義,即危險始終伴隨著安全的存在,維持其糾纏態(tài)是需要條件的;事故是可以預防的,動態(tài)管理是未來安全管理與科學研究的重點,也是生產(chǎn)安全的重要手段;新理論必將對現(xiàn)有安全基礎理論及技術(shù)起到支撐與推動作用。
(3)分析了理論存在問題。安全與危險糾纏與塌縮機制、事故發(fā)生機制,以及與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合等方面仍需做大量的工作。