安全与危险纠缠理论创建及其研究

吴爱军副教授 李 锐 杨 苗

（西南科技大学 环境与资源学院，四川 绵阳 621010）

0 引言

改革开放40多年以来，我国已经快速成长为第二大经济体。但高速发展与繁荣的另一面，各种事故却频频发生，造成巨大的人员伤亡和财产损失，诸如，2014年的“8.2昆山工厂爆炸事故”、2015年的“8.12天津滨海新区爆炸事故”、2018年的“7.21宜宾化工厂爆炸”、2019年的“3.21盐城响水化工厂爆炸”等震惊世人的爆炸事故。大爆炸发生之后，通常做法是，全国各地来一次大检查，而之后又进入沉静。这种“头痛医头，脚痛医脚”的治理方式是毫无意义的，根本没有解决实质问题。除了事故发生企业自身管理存在问题、当地政府部门监管不力之外，笔者认为其关键问题在于安全科学相对滞后，尤其在基础理论研究方面没有新的突破。其中最突出的两个问题：一是“安全”概念没统一；二是动态安全理论没有建立起来。

针对第一个问题，目前有关“安全”概念有很多种。在张景林编著的《安全学原理》[1]中关于安全的定义有以下几种表述：安全可以是一个复杂系统的动态过程或状态，过程的趋势或状态是人和事物受到的伤害（包括身体的、精神的）或遭受的损失在当时人们可以接受的范围内；安全还可以是一种特定的技术状态，即满足一定安全技术指标要求的物态；安全还可以是人们的一种理念，即人与物不会受到伤害和损失的理想状态[1]。安全是一个确定性的状态或过程，并且受到的损失和伤害对于当时的人们来说，是已经接受并且能够接受[1]。事故也是一个确定性的状态，并且遭受的损失超过了当时人们可以接受的范围[1]。吴超[2-3]认为安全是一定时空内理性人的身心免受外界危害的状态；刘潜[4]认为安全是人的身心免受外界因素危害的存在状态（或称健康状况）及其保障条件。傅贵[5-8]采用归纳法定义安全有两点：一是没有事故的状态；二是没有不可接受的事故发生风险的状态。

以上是几种较为典型的安全概念。正如《安全学原理》所写：状态、过程、技术安全、理念都是定义这个概念应该考虑的内涵，足见对安全下定义之难，形成统一更难[1]。笔者认为，以上4个内涵当以“状态”最难判定，特别是对系统在过去、现在与未来的状态进行明晰和界定。

针对第二个问题。现如今，人类对安全的认识已经由无知、局部、系统的安全认识进入动态的安全认识阶段[1]，对安全认知越来越接近事物发展的基本规律，即安全系统是个动态的开放系统[1,3,9-14]，安全是个动态的状态或过程。虽然各界对安全有了动态的认知，但相关安全理论仍使用的是“静态内核”，因此必须突破现有的认识上的禁锢，建立动态安全理论。其突破点就在于搞清楚系统在过去、现在与将来时间里存在的方式及状态。

本文借鉴量子纠缠理论，提出了“安全与危险纠缠”理论学说，建立了安全与危险纠缠模型，分析了其纠缠机制。在此基础上对安全、危险等定义进行了新的阐释。基于新理论对系统在不同时空存在的状态即方式进行分析，扩展了“安全与危险纠缠”的基本特征，纠缠方式及其理论意义，以帮助更好的理解其理论内容。“安全与危险纠缠”理论的创立将为安全科学发展提供新思想，扩展新方向。

1 安全与危险纠缠理论

量子纠缠理论能够给我们一个什么样的启示？

1.1 量子纠缠

什么是量子纠缠[16]？

假设一个零自旋中性π介子衰变成一个电子与一个正电子，它们各自朝着相反方向移动，电子移动到区域A，A区域的观察者会观测电子沿着某特定轴向的自旋；正电子移动到区域B，B区域的观察者也会观测正电子沿着同样轴向的自旋。在测量之前，这两个纠缠粒子共同形成了零自旋的“纠缠态”是两个直积态的叠加，以狄拉克[15]标记表示为：

两种状况叠加在一起，每一种状况都有可能发生，不能确定到底哪种状况会发生，因此，电子与正电子纠缠在一起而形成纠缠态。

如果不去测量它们，那么这对电子和正电子会共同形成零自旋的纠缠状态。如果观测其中一个粒子，比如电子，那么它们之间的纠缠态就会确定，导致电子和正电子都有了相反状态的自旋。如果观测电子的自旋为下，那么与之纠缠的正电子自旋必为上，这种现象叫塌缩，如图1。

微观世界中同时处于多重叠加态的量子，它们旋转的方向或者它们多重的叠加状态在扩张的轨道上并没有做出任何改变或者选择，而是因为观察者的观察或者其它量子的作用，促使量子和它们在扩张轨道上运动途中的运动轨迹，瞬间改变了时间参考系并且同时塌缩。

图1 量子纠缠示意图Fig.1 Quantum entanglement schematic diagram

物理学家对于微观世界的现象百思不得其解。历史上出现了两个用宏观世界中纠缠类比微观世界纠缠的经典案例。一个是著名的薛定谔的猫。他的猫处于量子态，不打开箱子，永远不知道猫是死是活，倘若采取各种手段去获得了信息，那等同于观察了猫，就会导致量子态的塌缩。另一个是波特曼决定：波特曼两只脚上的袜子颜色总存在“不同颜色”关联，且颜色是随意的。当人们看到他一只脚上穿红色（花色等）袜子时，立刻得出另一只脚上的袜子不是红色（花色）。这或许是最简单的宏观世界里的“纠缠”了。

1.2 安全与危险纠缠机制

借鉴这样奇妙又神奇的量子纠缠理论，笔者对“安全”与“危险”这对矛盾体有了新认知。平时人们所认识的“安全”和“危险”实质上是一种信息，是无法定义其大小，而微观世界中的量子是最小的不可分割基本单位，可见，两者具有相似性。为此，建立起“安全与危险纠缠”理论模型，如图2。在一个系统里，箭头向上表示“出现”状态，箭头向下表示“不出现”状态。那么，安全与危险都有两种状态，即“出现”和“不出现”。

（1）在安全与危险纠缠的系统中，每一种情况都有可能发生，但不能确定具体哪种情况会发生。因此，安全与危险纠缠在一起而形成纠缠态。如果人们不去观察它们，那么安全和危险就会共同形成纠缠状态。

图2 安全与危险纠缠理论模型Fig.2 Theoretical model of safety and danger entanglement

（2）如果观测其中一个状态，比如安全，那么它们之间的纠缠态就会确定，导致安全和危险都有了相反状态。如果观测“安全”是以“出现”方式显现，那么与之纠缠的“危险”就会以“不出现”的方式而显现。这种现象叫做“安全与危险”组成系统的塌缩。

这里的“观察”是指人们通过各种手段得到该系统的安全信息。

（3）生产必然伴随着风险。人类所追求的理想状态就是始终保持着“安全与危险纠缠”状态（以下简称“安危纠缠”），并使其向“安全”方向塌缩。

如图3，截取系统在一个微小时段内的状态进行分析，图中的虚线框表示下一时刻即将到来的状态。当没有人员和财产损失，直至生产任务结束时，整个系统“安危纠缠”状态就会完全坍塌为安全状态，我们说整个过程系统是安全的，而当“安危纠缠”状态向“危险”方向塌缩时，事故就出现了，该系统这种“安危纠缠”就被中断或停止。一般情况下，系统越可靠，其纠缠的时间就越长，反之，纠缠时间就越短。

图3 安全与危险纠缠机制示意图Fig.3 Schematic diagram of entanglement mechanism of safety and danger

通过以上分析可见，“安全与危险纠缠”是指系统中的“安全”与“危险”这一矛盾体以相互依存、交织或叠加的方式而存在的状态或过程。此定义包含两个内容。一是“安全”与“危险”纠缠的方式是相互依存、交织或叠加；二是纠缠其实也是系统存在状态或过程，强烈的依赖时间。若系统越可靠，则安全与危险纠缠的时间就越长，反之，亦然。

因此，这里给出“安危纠缠”有其自身纠缠机制：安全与危险纠缠是系统存在状态或过程，因此是有始有终的。若系统在某一时刻向危险方向塌缩时，则事故出现，该系统的纠缠状态就会立即中断或停止；若系统的纠缠态向安全方向塌缩时，则系统在下一时刻的纠缠状态就会立即显现，即向安全方向塌缩时，系统的纠缠状态不会被中断，这与前者相反。当任务结束时，在此过程中若无任何事故，则整个系统的纠缠态就会塌缩成一个具体的状态——安全，反之，则以事故结束。

1.3 “安全、危险和事故”基本概念的新认知

从哲学方面论述：安全与危险是事物的一对矛盾体，彼此以对方的存在而存在，且随着时间而不断变化。这就是“安全与危险纠缠”理论的哲学基础。在没有借鉴量子纠缠理论之前，人们对于系统在时间维度下存在方式与状态容易产生困惑。平时人们所认知的安全与事故，其实是系统塌缩后确定的、不断被定格在历史坐标上的状态，是一种相对静止的状态；而系统在当前与未来则处于“安危纠缠”的、不确定的，是随着时间不断变化的状态，是一种相对运动的状态。这是“安全与危险”纠缠理论的核心内容，也是区别于其它概念和理论的关键要点。这个内容填补了其它安全理论在这方面的空白，使得安全理论更加完善。

“安全”与“危险”均存在于系统的“过去、现在和未来”整个生命周期中，而它们又各自以显性或隐性方式存在。

在过去的时间里，系统是塌缩的、确定的状态，但是，安全与危险并没有彼此分离，而是以“一显一隐”的方式存在。当安全以显性方式存在时，则危险以隐性方式存在，反之亦然；而当前时刻，安全与危险均是以显性的方式纠缠在一起的，呈现出不确定的状态；而未来，安全与危险均是以“隐性”的方式纠缠在一起的，也是不确定的状态，因为它们还没有到来，所以没有发生，见表1、2。

为了更好说明系统在整个时间轴上呈现的方式与状态，用图4进行示意。图中用点阵加上纯色表示显性，用方格加上纯色表示隐性。

表1 系统存在方式与状态Tab.1 System existence and state

表2 安全与危险存在的方式Tab.2 Safety and danger existence

综合以上分析，明确了系统在不同时段里存在的方式和状态，以及“安全”与“危险”各自在整个时间轴上存在方式。至此，基于“安危纠缠”理论，我们来重新认识以下几个“熟悉又陌生”的概念，见表3。

图4 安全与危险状态变化示意图Fig.4 Schematic diagram of changes in safety and dangerous state

表3 几个名词新认知Tab.3 Some new concepts

因此，通过以上分析，安全的概念就可以形成统一认识，这个意义是非常重大的。

1.4 举例说明

“安危纠缠”理论较为抽象，下面举两个个例子进行说明。

例1：2018年5月14号上午7：00多，川航由重庆飞拉萨的3U8633航班飞行途中驾驶舱右座前风挡玻璃破裂脱落，机组实施紧急下降，中途安全备降成都。在这个过程中，这位3U8633航班机长冒着极其恶劣环境将其飞到成都降落。整个飞行至成功备降的过程，可以这样来理解：从乘客进入飞机，到中途出现险情，一直到飞机迫降即将着地之前，整个飞机内所有人员与飞机所呈现是“安危纠缠态”。而当飞机安全落地，停靠在停机坪，乘客走出舱门的那一刻，该系统就塌缩成一个明确的状态——乘客与飞机安全了。

例2：一场球赛从开打到比赛结束前一秒钟，都无法预判最终谁胜谁负，只知道“谁暂时领先或落后”等，直至比赛结束才见分晓。整个比赛过程中每只球队都处于“胜负”纠缠态，当比赛结束的哨子吹响那一刻，整个比赛就塌缩了，每只球队的“胜负”状态立刻显现。

基于以上分析，所谓的安全与危险其实是一种信息，而这对信息之间存在一种纠缠机制，就是安全出现的时候，危险就不出现；当危险出现时，而安全就不会出现。在当前时刻，安全与危险是以显性的方式纠缠在一起；而过了当前时刻，即成为过去时段，系统就会立即塌缩成一个确定的状态——安全或者事故。但是安全与危险纠缠态是一个特殊系统，要是塌缩为安全状态时，该系统下一时刻以隐性方式存在的“安全纠缠”状态就会到来并显现，系统的“安危纠缠”状态就可以继续持续下去，直至任务结束；倘若系统的“安危纠缠”状态塌缩为事故时，系统遭到破坏而无法正常运行或被中止。

2 安全与危险纠缠方式与特征

2.1 安全与危险纠缠方式

针对不同风险值条件下具体系统的“安全与危险纠缠”方式差异较大。如高炉炼钢车间的安全与危险纠缠方式就是防范“高温烫伤、起重伤害”等风险；建筑工地的安全与危险纠缠方式就是防范“高处坠落、物体打击”等风险；纺织厂的安全与危险纠缠方式主要是防范火灾威胁。纠缠方式的差异只是行业表现形式不同，但它们的“安全与危险”纠缠本质是相同的。

对于低风险、高安全情况，通常无危险感存在。如日常办公、家中休息时，如果说此时人正处于安全与危险纠缠的状态，恐怕无人接受。但是对于高风险状况，如起重吊装过程中，其风险值随着物体提升高度增大而增加，与低风险情况相比，人们对此过程的“安全与危险纠缠”状态的感受要深刻的多。虽然有时系统危险有害因素的显现度不够，但它们作为客观存在也是不容忽视的。一旦条件成立，危险即刻显现从而导致事故发生。

2.2 安全与危险纠缠基本特征

由以上的理论基础，笔者总结出“安全与危险纠缠”具有以下基本特征，见表4。

表4 安全与危险纠缠基本特征Tab.4 The basic features of the entanglement of safety and danger

3 理论意义与存在问题

3.1 事物存在状态与方式认识的改变

我们生活在一个塌缩的世界，通常看到的都是事物确定的状态，诸如“对与错”、“黑与白”、“美与丑”、“善与恶”及“安全与危险”等等。量子纠缠为我们人类揭示了事物可以第三种状态存在——不确定性，如安全与危险两者相互叠加、交织或纠缠的状态，这个理论可以帮助人们从新的角度认识安全与危险。平时人们所见到的安全与事故其实是系统在过去时段内已经塌缩的、确定的状态，是不能决定而只能影响现在与未来的状态。具体可以从以下4个方面来分别叙述：

（1）人的安全行为和不安全行为始终存在于人的自身。人既可能输出安全行为，也可能输出不安全行为，这是由人的生理和心理共同决定的，而人的生理与心理状态又会受到外界因素的影响，比如环境和工作时间等，在恶劣环境里人更易疲劳、困倦，长时间工作也会使人产生麻痹、倦怠、松懈、粗心、误操作等不安全行为。换句话说，人的安全行为与不安全行为的输出是可以选择和控制的，正确认识这一点对事故预防具有积极意义，例如，可以通过加强管理，提高人的安全意识，以及改善人的工作环境，通过提高机械化、自动化水平来减轻工人劳动强度，降低不安全行为的显现，从而减少事故发生的几率。

（2）机器与设备的安全与不安全状态始终存在于运行过程中。在一定能量和物质的介入下，机器容易出现磨损、疲劳、发热、腐蚀等，有的设备长时间运行容易发生有毒有害物质的外泄，这些都会导致事故发生。因此加强设备的保养、维护和维修对于正常运转，延长其寿命，保障安全生产有着重要作用。

（3）良好的工作环境是促进安全生产重要条件。但许多行业的工作环境是非常恶劣的，并且随着时间逐渐变化，这对人的身心、设备运行都会产生重要影响。因此，建设良好工作环境是安全生产的重要保障。

（4）管理也是安全状态和不安全状态的统一体。良好的管理能够促使人、机、环向良好方向发展，而低质量的管理会使得人、机器和环境恶化，事故频发。因此发现并抑制不安全因素的出现，管理是最好的也是最有效的方式。

3.2 维持“安危纠缠”状态的重要条件

从系统角度可以清晰分析出，要想让系统长时间保持“安危纠缠”状态，并使其不向危险方向塌缩，必须保持“人机环管”4个要素均处于良好的运行状态。从图5可以看出，表面是安全与危险两个因素相互纠缠-塌缩，其实是人机环管4大要素所包含的各种能量、物质、信息所组成的复杂系统及其彼此之间的相互纠缠与塌缩。这个复杂纠缠系统需要投入大量的人力、物力与财力，才能支撑其安全运行。

图5 安全动态系统理论体系构架图Fig.5 Theoretical framework of dynamic security system

3.3 事故是可以预防的

事故的发生不是立刻显现的，往往有其是前因后果和征兆。这就要求加强日常管理，实行动态的管理，及时排查隐患，并进行治理，将事故消灭在萌芽状态。对于高危行业，要加强日常监管，包括人机环管4个要素进行梳理。只有实行动态的管理，才能捕捉系统瞬息万变的风险和隐患，才能在第一时间将其控制并解决。如果已经发生了事故也可以通过调查，了解事故发生的原因。

3.4 推动安全科学发展的重要手段

系统的“安全与危险纠缠”的两大特征是动态性与不确定性，这为动态安全管理提供了理论支撑。所谓的动态安全管理不需要精确到一分一秒，根据不同行业进行调整。对于低风险的行业，将 “扫描”周期扩大为天、周、月、甚至季度等；而高危行业，则要增大“扫描”频率，短则需要精确到一分一秒，长则达到分、小时、天。及时发现隐患并进行排除，这样才可以彻底的减少事故的发生。

由于系统的复杂性，事故发生的偶然性与随机性较强，因此加强日常动态管理可以及时发现隐患。同时也说明前一秒安全并不能代表下一秒的状态是安全的，只有不断加强动态管理才可以实现安全效益和经济效益的双赢。

3.5 安全科学与技术的发展

“安全与危险纠缠”理论就是一种动态理论，而动态安全管理关键是通过各种手段及时获取信息并反馈，这符合安全科学发展规律。动态安全系统理论构建需要借助现代科学技术，如大数据、互联网和物联网、5G等技术与手段，实时采集相关数据；结合具体问题，建立适合的安全数学模型，对采集的数据进行计算与分析，筛选出合理的评价指标，快速给出系统的安全评价指数，及时将安全危险隐患消除，使其恢复“安全与危险”纠缠的状态。由此可见，把静态转变为动态的管理方式，必将推动安全科学与技术的快速健康发展。

3.6 存在问题

安全与危险纠缠理论是在借鉴量子纠缠知识的基础上建立起来的，有一定的积极意义，但也存在一些问题。

（1）安全与危险纠缠与塌缩的机制没有搞清楚，这将是一项长期任务。

（2）理论尚处于起始阶段，对一些安全事故发生机制、事故突变机理、复杂安全系统，以及具体预防事故和提升系统安全等方面仍需要积极探索。

（3）理论与现代科技相结合的问题，特别是安全建模、数据采集与处理、安全评价指标选取和验证等方面，仍需要做大量的工作。

4 结论

通过对安全定义以及存在方式的认识模糊，不能形成统一，严重滞后于科技、经济的发展等问题的分析，构建的“安全与危险纠缠”理论模型，阐述了“安全与危险纠缠”理论基本观点，及其特征和意义。

（1）借鉴量子纠缠理论，提出了“安全与危险纠缠”理论。借鉴量子纠缠理论，建立了“安全与危险纠缠”理论模型，阐释了安全与危险纠缠-塌缩机制。对“安全”、“危险”和“事故”等基础概念进行新的阐述。明确了“安全”与“危险”均存在于系统的“过去、现在和未来”整个生命周期中，而它们又各自以显性或隐性方式塌缩或纠缠为确定或不确定的状态。

（2）阐明了“安全与危险纠缠”基本特征及其理论意义。阐明了“安全与危险纠缠”具有主观、客观、多维复杂性和时间等基本特征。分析了其理论建立的意义，即危险始终伴随着安全的存在，维持其纠缠态是需要条件的；事故是可以预防的，动态管理是未来安全管理与科学研究的重点，也是生产安全的重要手段；新理论必将对现有安全基础理论及技术起到支撑与推动作用。

（3）分析了理论存在问题。安全与危险纠缠与塌缩机制、事故发生机制，以及与现代技术相结合等方面仍需做大量的工作。