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量度

2017-10-16

出处：族谱网

作者：阿族小谱

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方法论一个性质的量测可以依以下几项来分类：度量类别、数量、计量单位及不确定性。量度的类别是量度时对不同种类的数据，依据其尺度水平所划分的类别。例如二个性质可以用其比例、差值或是其名目值来比较。量度类别一般不会直接写出，但在说明量度程序中多半可以看出。数量是指该性质对应的数值，一般会用适当的测量仪器来取得。单位是人为设定的一个量，在实务上，类似一个数学上的比例系数，二个性质，不同单位的量测，可以根据单位的关系，转换为相同的单位再进行比较。不确定性表示量测程序中的测量误差（包括随机误差及系统误差）。误差可以用重复进行相同量测来求得，也要考虑测量仪器的准确性与精密性。标准若不考虑少部分的量子常数，量度单位基本上可以任意选定。因此量度单位是约定俗成的，是由人们设定后，然后一社群有共识后开始使用。自然界在本质上没有规定一米的长度，也没有规定以英里为距离单位会比公里来的恰当。不过在人类的历史上，为了方...

方法论

一个性质的量测可以依以下几项来分类：度量类别、数量、计量单位及不确定性。

量度的类别是量度时对不同种类的数据，依据其尺度水平所划分的类别。例如二个性质可以用其比例、差值或是其名目值来比较。量度类别一般不会直接写出，但在说明量度程序中多半可以看出。

数量是指该性质对应的数值，一般会用适当的测量仪器来取得。

单位是人为设定的一个量，在实务上，类似一个数学上的比例系数，二个性质，不同单位的量测，可以根据单位的关系，转换为相同的单位再进行比较。

不确定性表示量测程序中的测量误差（包括随机误差及系统误差）。误差可以用重复进行相同量测来求得，也要考虑测量仪器的准确性与精密性。

标准

若不考虑少部分的量子常数，量度单位基本上可以任意选定。因此量度单位是约定俗成的，是由人们设定后，然后一社群有共识后开始使用。自然界在本质上没有规定一米的长度，也没有规定以英里为距离单位会比公里来的恰当。

不过在人类的历史上，为了方便及必要性，会演变出一些量度单位的标准，使一个群体有共同的量度基准。法律中一开始规范量度单位的目的也是为了防止商业诈骗。

今日的量度单位多半是以科学的基础上订定，并且受到政府或国际机构的监督。在1875年17个国家订定了《米制公约》，并且依公约设立了国际度量衡大会（CGPM）。最早米的定义是自地球北极到赤道之通过巴黎的子午线，期间距离的千万分之一，中间经过数次的更改，而在1983年时，国际度量衡大会重新定公义米是光在自由空间中1⁄299,792,458秒所行进的距离，而在1960年时美国、英国、澳洲及南非也定义了国际码（international yard）为0.9144米。

在美国的量度单位管理是由美国商务部以下的国家标准技术研究所（NIST）负责。在英国则是由英国国家物理实验室（L），澳洲主管单位是国家计量研究院（英语： National Measurement Institute, Australia ），在南非是由科学和工业研究理事会（英语： Council for Scientific and Industrial Research ）负责，在印度是由印度国家物理实验室（英语： National Physical Laboratory of India ）管理。

单位及系统

英制系统

英制单位是一种源自英国的单位制，是从罗马帝国的度量衡衍生而来，曾在英国、大英帝国及美国等国家使用。原使用英制的国家中，大部分已转换为国际单位制，英国、加拿大及爱尔兰等国已立法将单位改为国际单位制，但日常使用仍常用到英制。而从英制单位演变而来的美制单位（又称美式英制单位）仍是美国及一些加勒比地区国家使用的单位系统。

上述不同的系统，之前曾依其长度、质量及时间的单位而统称为“磅－英尺－秒”系统，不过其中有许多单位是不一样的。例如英制的英吨、英担、加仑就和美式英制的单位有些差异。英国官方己将一些单位改为国际单位制，不过日常使用仍常使用英制，例如道路的标示仍使用英里、码及英里每小时等单位，以品脱为计算啤酒及牛奶的单位，以英尺及英寸为身高的单位，以英石及磅为体重的单位。许多英联邦的国家已改用国际单位制，但在许多商业交易中，土地及室内的面积仍以英亩或平方英尺来计算，而汽油也仍以加仑来计算。

公制系统

四个使用公制系统的量测设备

公制系统是一个十进制的单位系统，以米及公斤为长度及质量的单位。不过因着其基本单位的不同，也衍生出许多不同的单位系统。自1960年起，国际单位制成为国际认可的公制系统。像电学中的电压、电流等都是用公制来表示。

公制系统会针对一些物理量订定基本单位，可由基本单位衍生出其他物理量的单位。除了时间以外的单位，其倍数及小数均以单位的十的乘幂（英语： Powers of 10 ）来表示。若同一物理量的不同单位互相转换，只要乘以（或除以）10或100、1000……等系数，换句话说，只要移动小数点位置即可，因此单位相当的简单。例如1.234米等于1234毫米，也等于0.001234公里。类似2/5米之类的分数使用相当少见。公制系统虽有不同的单位系统，但任一系统中，长度或距离都是用米、毫米（千分之一米）或公里（一千米）表示，因此不会有类似英制，同一物体量的不同单位转换时，其转换系数较复杂不一致的问题。

国际单位制

国际单位制（简称SI制）是从公制系统衍生的单位制，也是世界上最广为日常生活及科技应用接受的单位系统。国际单位制在1960年设置，参考了米-千克-秒（MKS）系统，而不是有许多变化形的厘米-克-秒制（CGS）系统。国际单位制在发展中也导入了许多新的，以往未列在公制系统中的物理量单位。七个原始的国际单位制如下：

国际单位制的单位可分为基本单位及衍生单位。基本单位是量测时间、长度、质量、温度、物质数量、电流及发光强度的单位，衍生单位则是由基本单位组合而成的单位。例如功率的单位瓦特可以用基本单位定义为m ·kg·s 。也可依此定义其他物理量的单位，例如物质密度的单位kg/m 。

长度

二米的木匠尺

尺是用来量测长度或是绘制直线的工具，在几何、工程制图、工程等领域会都用到。不过也有只能量测长度、无法绘制直线的卷尺。图中的是二米的折叠尺，折叠后的长度只有20公分，可以放进口袋内，而长度五米的卷尺可以用在小房间的量测。

建筑交易

澳洲的建筑界在1966年导入了公制，用来量测长度的单位为米（m）及毫米（mm）。为了避免混淆，避免使用厘米（cm）的单位。例如二米又五十公分的长度会记录成2500毫米或是2.5米，而不会用不标准的250公分。

测量师的系统

美国的测量师使用埃德蒙·冈特（英语： Edmund Gunter ）在1620年导入，以十进制为基础的量测系统。其基础单位是66英尺的冈特测链（英语： Gunter"s chain ）（1链），可以分为4杆，每杆16.5英尺，也可以分为100 令（英语： Link (unit) ），每令0.66英尺，令的缩写是lk。

时间

时间是用来描述物体变化程度的抽象单位，的单位有小时、天、周、月、年等，更长的时间单位有世纪、千年等。时间单位也用来量测二个事件之间所经过的时间。

质量

质量是所有物质都有的特性，和其抵抗动量变化的程度有关。另一方面，重量是指一物体在重力场中所受到的向下引力。英制的质量单位有盎司、磅及英吨，公制的质量单位则是公斤及公克。

量测质量的设备称为天平，将物质和已知质量的砝码比较，以确认其重量。弹簧秤量测物体受的重力，量测的其实是抵抗重量的力，不是质量。不过天平和弹簧秤都要在重力场下才有效。这类设备中最准确的是是由荷重计配合数位数字输出，不过仍需要在重力场下才有效。

经济学

经济学中的量度包括实际的量度、名义价格（英语： nominal price ）量度及实际价格（英语： real price ）等。其差异包括所量测的事物，以及刻意排除影响的事物，例如实际价格就是排除通货膨胀后的价格。

量度的困难点

精确的量度是许多领域的基础，因为所有的量度都需要近似，需要花许多的心力使量度准确。例如考虑如何量测物体从一米高度落下的时间。根据物理学可以证明，在地球的重力下，若不考虑空气阻力，落下的时间约只需要0.45秒。不过这个数字本身就有一些测量不确定度：

此处用的重力加速度为9.8米每二次方秒（32英尺每二次方秒），不过此数值只有二位数的精确度。

地球的重力加速度会随海拔及其他因素有些微的变化。

0.45秒的计算过程会用到平方根，计算过程也会犠牲一些精确度。

此外，也有可能有其他测量误差：

粗心。

如何确定物体开始落下及碰到地面的精确时间。

高度及时间的量度本身都会有误差。

空气阻力。

科学实验需要非常的小心，设法避免各种错误，并且合理的估计其误差。

定义及理论

古典的定义

依古典的定义，量度是确定或估算二个数量之间的比例，这也是物理科学的标准。数量和量度二者互相定义，量化属性是指那些至少理论上可能被量测的量。古典理论有关量的概念可以回推到约翰·沃利斯及艾萨克·牛顿，也早在欧几里得的《几何原本》中就有相关的叙述。

信息论的定义

信息论认为所有资料在本质上都是不精确的，只有统计上的意义。因此量度是定义为“对于数值的一组观察，可减少结果的不确定性。” 定义中也隐含了科学家实际在量测时的作法：在量测时对一个物理量进行多次的量测，得到其平均值及统计特性等资讯。实务上，一开始可能会根据猜测的方式得到一个数值，后续再利用许多的仪器及方法，设定减少数值中的不确定性。这种理论和实证主义的表征理论不同，实证主义认为所有的量测都是不确定的，因此量测的结果不是一个数值，而是一个数值的范围，这也代表了有关估计（英语： estimation ）和量度有时没有清楚的界限。确认量测误差的程度也是方法论中的一个基本面向，误差的来源可分为系统性及非系统性。

量子力学的定义

在量子力学中，量测是指一个可确定物体的位置、动量及极性（只针对光子）等的行为。在量测前，物体的波函数可表示其量测结果为不同值的概率，但量测后波函数塌缩，因此结果只有一个值。量测问题（英语： measurement problem ）在量子力学中的意义是量子力学的基本未解问题之一。