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度量 (
拼音 :dù liàng ,注音 :ㄉㄨˋ ㄌㄧㄤˋ ,測量長短大小的工具
[ 1] )。
各種量表
度量 (拼音 :duó liáng ,注音 :ㄉㄨㄛˋ ㄌㄧㄤˊ ,英語:measurement )[ 註 1] 又称测量 、计量 [ 註 2] ,是指對於一個物體或是事件的某個性質給予一個數值 及单位 ,使其量化 而可以和其他物體或是事件的相同性質比較[ 2] [ 3] 。度量可以是對某一“物理量 ”(如時間 、長度 、容量 、重量 等)的估計或測定,此時必須以某一標準 或度量衡 表示;度量也可以是其他較抽象的特質,例如給定一個“數學量 ”。
度量的過程為估計“某一數量 的多寡”和“相同類型一個單位量 的多寡”之間的比例 ,而量值 即為此過程的數字結果,但必須加上计量单位 體現為「數字 加上單位」,其中實數數字為估計的比例;如:9公尺,其便包含物體長度和長度單位,即其與一公尺 之間的比例,而9公尺的物理意義為距離 ,必須以多少公尺 或多少英尺 來表示。
一个完整的度量过程应包括四个要素:测量对象[ 4] 、测量单位、测量方法[ 5] 、测量精度[ 6] 。
不像計數 或整數個數的物體可精確知道其量值 ,每一次度量過程都是存在些許不確定性 的估計。度量包括了:測量尺度 (包括量值 )、计量单位 及测量不确定度 三項。
度量是大部份自然科學 、技術 、經濟學 及其他社會科學 中定量研究 的基礎,透過度量可以比較不同的量測,並且減少誤會。有關度量的科學稱為计量学 。
一個標準的卷尺 ,上面有公制 及英制 的刻度,和二個1美分硬幣 作為比較
廣義上的測量
在广义上,测量是应用及其广泛一种技术,并不局限于某一领域,也不能明确是从哪个行业发展而来的,因为人类自古就会测量。测量是人类探知自然界的主要手段之一,包括现代科技社会。
科学家钱学森 曾指出:“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是关键和基础。”在当前世界各学科领域中,研究测量的学科是“计量学”。对测量的定义非常多,许多学科都从自己的角度给与定义,按照计量学的定义,测量是指:以确定量值为目的的一组操作。
目前这一定义在世界范围内是一致的。建筑测量、产业测量都只是测量的极小分支,或者说是测量在具体行业里的应用[ 7] 。
測量 (measurement)是一種行為,它是針對自然界 的現象做量的認識,稱為量化,這種過程我們稱其為量測。應用量測的結果將可以讓我們對自然界的現象能有更正確的認知。故量測的目標就是要獲得標準值。
方法論
一個性質的量測可以依以下幾項來分類:度量類別 、數量 、计量单位 及不确定性 。
度量的類別 是度量時對不同種類的數據,依據其尺度水平所劃分的類別。例如二個性質可以用其比例、差值或是其名目值來比較。度量類別一般不會直接寫出,但在說明度量程序中多半可以看出。
數量是指該性質對應的數值,一般會用適當的测量仪器 來取得。
單位是人為設定的一個量,在實務上,類似一個數學上的比例系數,二個性質,不同單位的量測,可以根據單位的關係,轉換為相同的單位再進行比較。
不确定性表示量測程序中的测量误差 (包括隨機誤差及系統誤差)。誤差可以用重覆進行相同量測來求得,也要考慮测量仪器的準確性與精密性 。
標準
如果不考慮少部份的量子常數,度量單位基本上可以任意選定。因此度量單位是約定俗成的,是由人們設定後,然後一社群有共識後開始使用。自然界在本質上沒有規定一公尺的長度,也沒有規定以英里為距離單位會比公里來的恰當。
不過在人類的歷史上,為了方便及必要性,會演變出一些度量單位的標準,使一個群體有共同的度量基準。法律 中一開始規範度量單位的目的也是為了防止商業詐騙 。
今日的度量單位多半是以科學的基礎上訂定,並且受到政府或國際機構的監督。在1875年17個國家訂定了《米制公約 》,並且依公約設立了國際度量衡大會 (CGPM)。最早公尺的定義是自地球北極到赤道之通過巴黎的子午線 ,期間距離的千萬分之一,中間經過數次的更改,而在1983年時,國際度量衡大會重新定公義公尺 是光在自由空間中1⁄299,792,458秒所行進的距離[ 8] ,而在1960年時美國、英國、澳洲及南非也定義了國際碼(international yard)為0.9144公尺。
在美國的度量單位管理是由美国商务部 以下的國家標準技術研究所 (NIST)負責。在英國則是由英国国家物理实验室 (NPL),澳洲主管單位是國家計量研究院 [ 9] ,在南非是由科學和工業研究理事會 負責,在印度是由印度國家物理實驗室 管理,在台灣是由經濟部標準檢驗局 以下的國家度量衡標準實驗室管理。
單位及系統
英制系統
英制單位是一種源自英國 的單位制,是從羅馬帝國的度量衡衍生而來,曾在英國、大英帝國 及美國 等國家使用。原使用英制的國家中,大部份已轉換為國際單位制 ,英國、加拿大 及愛爾蘭 等國已立法將單位改為國際單位制,但日常使用仍常用到英制。而从英制單位演变而来的美制单位 (又称美式英制單位)仍是美國及一些加勒比地区 國家使用的單位系統。
上述不同的系統,之前曾依其長度、質量及時間的單位而統稱為「磅-英尺-秒」系統,不過其中有許多單位是不一樣的。例如英制的英噸 、英擔 、加侖 就和美式英制的單位有些差異。英國官方已將一些單位改為國際單位制,不過日常使用仍常使用英制,例如道路的標示仍使用英里 、碼 及英里每小時等單位,以品脫 為計算啤酒及牛奶的單位,以英尺 及英寸 為身高的單位,以英石 及磅為體重的單位。許多大英國協的國家已改用國際單位制,但在許多商業交易中,土地及室內的面積仍以英畝 或平方英尺來計算,而汽油也仍以加侖來計算。
公制系統
四個使用公制系統的量測設備
公制系統 是一個十進制的單位系統,以公尺及公斤為長度及質量的單位。不過因著其基本單位的不同,也衍生出許多不同的單位系統。自1960年起,国际单位制成為國際認可的公制系統。像電學中的電壓、電流等都是用公制來表示。
公制系統會針對一些物理量訂定基本單位,可由基本單位衍生出其他物理量的單位。除了時間以外的單位,其倍數及小數均以單位的十的乘幂 來表示。若同一物理量的不同單位互相轉換,只要乘以(或除以)10或100、1000……等係數,換句話說,只要移動小數點位置即可,因此單位相當的簡單。例如1.234公尺等於1234公釐,也等於0.001234公里。類似2/5公尺之類的分數 使用相當少見。公制系統雖有不同的單位系統,但任一系統中,長度或距離都是用公尺、公釐(千分之一公尺)或公里(一千公尺)表示,因此不會有類似英制,同一物體量的不同單位轉換時,其轉換系數較複雜不一致的問題。
国际单位制
国际单位制 (簡稱SI制)是從公制系統衍生的單位制,也是世界上最廣為日常生活及科技應用接受的單位系統。国际单位制在1960年設置,參考了米-千克-秒(MKS)系統,而不是有許多變化形的厘米-克-秒制 (CGS)系統。国际单位制在發展中也導入了許多新的,以往未列在公制系統中的物理量單位。七個原始的国际单位制如下[ 10] :
国际单位制的單位可分為基本單位及衍生單位。基本單位是量測時間、長度、質量、溫度、物質數量、電流及發光強度的單位,衍生單位則是由基本單位組合而成的單位。例如功率的單位瓦特 可以用基本單位定義為m2 ·kg·s−3 。也可依此定義其他物理量的單位,例如物質密度的單位kg/m3 。
長度
二公尺的木匠尺
尺 是用來量測長度或是繪製直線的工具,在幾何 、工程制图 、工程等領域會都用到。不過也有只能量測長度、無法繪製直線的捲尺。圖中的是二公尺的摺疊尺,摺疊後的長度只有20公分,可以放進口袋內,而長度五公尺的捲尺可以用在小房間的量測。
建築交易
澳洲的建築界在1966年導入了公制 ,用來量測長度的單位為公尺 (m)及毫米 (mm)。為了避免混淆,避免使用厘米 (cm)的單位。例如二公尺又五十公分的長度會記錄成2500毫米或是2.5公尺,而不會用不標準的250公分[ 12] 。
測量師的系統
美國的測量師使用埃德蒙·岡特 在1620年導入,以十進制為基礎的量測系統。其基礎單位是66英尺的岡特測鏈 (1鏈 ),可以分為4桿 ,每桿16.5英尺,也可以分為100令 ,每令0.66英尺,令的縮寫是lk。
時間
時間是用來描述物體變化程度的抽象單位,时间的單位有小時 、天 、週 、月 、年 等,更長的時間單位有世紀 、千年 等。時間單位也用來量測二個事件之間所經過的時間。
質量
質量 是所有物質都有的特性,和其抵抗動量變化的程度有關。另一方面,重量 是指一物體在重力場中所受到的向下引力。英制的質量單位有盎司 、磅 及英噸 ,公制的質量單位則是公斤 及公克 。
量測質量的設備稱為天平 ,將物質和已知質量的砝碼 比較,以確認其重量。彈簧秤量測物體受的重力,量測的其實是抵抗重量的力,不是質量。不過天平和彈簧秤都要在重力場下才有效。這類設備中最準確的是是由荷重計配合數位數字輸出,不過仍需要在重力場下才有效。
經濟學
經濟學中的度量包括實際的度量、名義價格 度量及实际价格 等。其差異包括所量測的事物,以及刻意排除影響的事物,例如实际价格就是排除通貨膨脹 後的價格 。
度量的困難點
精確的度量是許多領域的基礎,因為所有的度量都需要近似,需要花許多的心力使度量準確。
例如,考慮如何量測物體從一公尺高度落下的時間:根據物理學可以證明,在地球的重力下,若不考慮空氣阻力,落下的時間約只需要0.45秒。不過這個數字本身就有一些测量不确定度 :
此處用的重力加速度 為9.8米每二次方秒(32英尺每二次方秒),不過此數值只有二位數的精確度。
地球的重力加速度會隨海拔及其他因素有些微的變化。
0.45秒的計算過程會用到平方根 ,計算過程也會犧牲一些精確度。
此外,也有可能有其他测量误差 :
粗心。
如何確定物體開始落下及碰到地面的精確時間。
高度及時間的度量本身都會有誤差。
空氣阻力 被忽略不計。
科學實驗需要非常的小心,設法避免各種錯誤,並且合理的估計其誤差。
定義及理論
古典的定義
依古典的定義,度量是確定或估算二個數量之間的比例,這也是物理科學的標準[ 13] 。數量和度量二者互相定義,量化屬性是指那些至少理論上可能被量測的量。古典理論有關量的概念可以回推到約翰·沃利斯 及艾薩克·牛頓 ,也早在歐幾里得的《幾何原本 》中就有相關的敘述[ 13] 。
信息论的定義
信息论 認為所有資料在本質上都是不精確的,[來源請求] 只有統計上的意義。因此度量是定義為「對於數值的一組觀察,可減少結果的不確定性。」[ 14] 定義中也隱含了科學家實際在量測時的作法:在量測時對一個物理量進行多次的量測,得到其平均值 及統計特性 等資訊。實務上,一開始可能會根據猜測的方式得到一個數值,後續再利用許多的儀器及方法,設定減少數值中的不確定性。這種理論和實證主義 的表徵理論不同,實證主義認為所有的量測都是不確定的,因此量測的結果不是一個數值,而是一個數值的範圍,這也代表了有關估計 和度量有時沒有清楚的界限。確認量測誤差的程度也是方法論 中的一個基本面向,誤差的來源可分為系統性及非系統性。
量子力學的定義
在量子力學 中,量測是指一個可確定物體的位置、動量及極性(只針對光子 )等的行為。在量測前,物體的波函數 可表示其量測結果為不同值的機率,但量測後波函數塌縮 ,因此結果只有一個值。量測問題 在量子力學中的意義是量子力學的基本未解問題之一。
相關條目
备注
參考資料
^ 存档副本 . [2022-03-13 ] . (原始内容 存档于2022-03-13).
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