标题: “不确定度”与“不确定性原理”无关 [打印本页] 作者: wangwu 时间: 2016-8-18 19:17 标题: “不确定度”与“不确定性原理”无关 “不确定度”与“不确定性原理”无关
- 史锦顺
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本栏目有《从测不准原理到测量不确定度》一文（原载《中国计量》 1999年11期）。对此，笔者回帖评论说：
炮制并推行不确定度论的GUM、VIM的各种版本，都没提到过海森堡的“不确定性原理”（旧译“测不准关系”）。就是说，洋人们知道：测量不确定度与量子理论的“不确定性原理”毫无关系。测量的问题，本来是认识之差，或者是被测量的变化，叫“识差”或“变差”甚至叫“表达差”，都是可以的。为什么叫“测量不确定度”呢？我认为，这是一种手段，是“狐假虎威”。似是而非地叫个“测量不确定度”，就和那毫不相干的“不确定性原理”或“测不准关系”，从名称上，拉上了关系。于是就起到一种“神秘化”、“吓唬人”、“不能质疑”的作用。艾恩哈特的想法难考究（个人学术观点无所谓），而1993年正规推行改造后的不确定度论，我认为主要手段就是“狐假虎威”。
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我国的刘智敏先生（计量院研究员，国际不确定度工作组中国成员），在书中，首先把“测量不确定度”与“不确定性原理”联系起来。后来看到王新的文章，专讲这个本不存在的关系。于是，洋人的“狐假虎威”，中国人却演绎为“指狐为虎”。
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我这里进言：没学过量子理论的先生们，不要再瞎讲“测量不确定度”与“不确定性原理”有关系了。它们是风牛马不相及，毫无关系。倘有人再这样说，那就是“为虎作伥”了。因为这是害人的胡说！
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紧接着njlyx发言。njlyx先生的帖中，第一句说：某些国际计量基准的“不确定度”（“准确度”）“评估”或可能与量子理论的“测不准原理”扯上点关系？第二句说：基准以下的实用测试计量似乎真的扯不上什么“测不准原理”。
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看来，我说“不确定度与不确定性原理毫无关系”，njlyx先生是心存疑虑的。我可以有把握地告诉先生，您的第二句是对的，还要把“似乎真的”改为“肯定”，就是说，通常的测量计量与不确定性原理（旧译“测不准关系”）肯定没有关系。
那么，基准的准确度（有些称不确定度）与“不确定性原理”是不是有关系呢？我这里负责地告诉先生：没有关系。问：老史你有什么资格，又有什么根据，敢如此肯定地回答这个通常人们不敢碰的问题呢？老史答曰：我的资格与根据如下。
- 1 我学过量子理论。
我于1956年考入北大物理系，是正规学过“量子力学”的。曾谨言讲大课，每周四节，另有习题课每周两节，课时一年。该课与理论力学（高崇寿讲）、热力学与统计物理（王竹溪讲）、电动力学（曹昌琪讲，包括狭义相对论）、固体物理（黄昆讲），是当时北大物理四个系（包括1953年并入的清华大学物理系）的物理类五大公共课，五大名课。（此前有物理基础课《普通物理》。）
- 2 我用过量子理论。
在中国计量科学研究院，1970年前后，我参加大铯钟（NIM1）研制三年，是总体组成员，负责频谱误差的分析，指出美国人的错误，并提出分区计算的频谱误差公式。1978年前后，在27所从事小铯钟研制五年，负责腔体的设计与测量（前期是研制晶振）。
在以上的大小铯钟的研制中，主要的理论基础是量子理论。我在理论方面的工作是：完整地推导出拉姆齐跃迁公式（被北大王庆吉教授编入《量子频标原理》讲义，占7页），并分区简化为线性公式与半圆公式，方便了工程中的分析与运用。用数值差分法，得到拉姆齐跃迁曲线的最大斜率，从而给出频谱误差的最大值。
铯原子钟研制与不确定性原理有没有关系，我是知情者。
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3 单独测量一个量，没有准确度门限。
不确定性原理的发现者海森堡说：“同时测量两个量，才有不确定性的问题，单独测量一个量没有准确度门限”（见附录）。
测量计量学领域，都是单独测量一个量，因此没有准确度门限。对任何一个量，单独测量时，没有测量准确度的限制。这就等于说：单独测量任何一个量，误差范围的极限是零。
- 4 基准的研制与指标同“不确定性原理”没关系。
当代的基准，已经或逐步采用微观的自然现象与规律，因此量子理论是研制基准的基础。但基于量子理论的自然基准，却与量子物理的“不确定性原理”没有关系。因为不确定性原理起作用的条件，极为苛刻：第一，必须是两个量同时测量；第二，两个量有复共轭关系；第三，二量乘积的量纲必须与普朗克常量有相同的量纲，即焦耳.秒=kg.m^2 / s . 科学家们找到的满足条件的三对量是：1 时间与能量；2 动量与位移；3 角动量与角位移。可见不确定性原理起作用的范围极小。一项基准是一类量的最高标准，不是两个量同时测量，因此任何基准都与“不确定性原理”没有关系。
- 5 铯基准与“不确定性原理”无关。
中国的喷泉式铯基准，（不）准确度已达2E-15，美国的喷泉式铯基准不准确度（inaccuracy）达1E-16，从来都不提“不确定性原理”的事。因为根本就没关系。
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中国国家计量院的喷泉式铯基准，2007年获得国家科技进步一等奖，理由是准确度高（不提不确定度），研制负责人是李天初院士。而管指标提法方面工作的是反不确定度论的名家马凤鸣。就国家法规来说，符合《JJF1180-2007》关于准确度的定义，就国际同行来说，与美国NIST-F2的指标提法一致。为什么全世界对最高的铯基准，包括中、美、英、加拿大等国都不提“不确定性原理”？因为“不确定性原理”是同时测量两个量（又只有三对）的规律。而计量测量都是单独测量一个量，故计量测量与“不确定性原理”没有关系。
- 6 量子化霍尔效应电阻标准与“不确定性原理”无关。
国家计量院的另一位院士是研究量子化霍尔效应建立电阻标准的张钟华。政协会上，他对记者的谈话（科技报，前年我在本网引过全文），多次提到指标，都是“准确度”，而不说“不确定度”。就是说明“不确定性原理”与张院士的量子化标准研究无关。不仅不提“不确定性原理”，连“不确定度”这个似是而非的词都回避。
- 附录 海森堡不确定性原理不限制单一测量的准确度。
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原文
uncertainty principle physical principle, enunciated by Werner Heisenberg in 1927, that places an absolute, theoretical limit on the combined accuracy of certain pairs of simultaneous, related measurements. The accuracy of a measurement is given by the uncertainty in the result; if the measurement is exact, the uncertainty is zero. According to the uncertainty principle, the mathematical product of the combined uncertainties of simultaneous measurements of position and momentum in a given direction cannot be less than Planck's constant h divided by 4π. The principle also limits the accuracies of simultaneous measurements of energy and of the time required to make the energy measurement. The value of Planck's constant is extremely small, so that the effect of the limitations imposed by the uncertainty principle are not noticeable on the large scale of ordinary measurements; however, on the scale of atoms and elementary particles the effect of the uncertainty principle is very important. Because of the uncertainties existing at this level, a picture of the submicroscopic world emerges as one of statistical probabilities rather than measurable certainties. On the large scale it is still possible to speak of causality in a framework described in terms of space and time; on the atomic scale this is not possible. Such a description would require exact measurements of such quantities as position, speed, energy, and time, and these quantities cannot be measured exactly because of the uncertainty principle. It does not limit the accuracy of single measurements, of nonsimultaneous measurements, or of simultaneous measurements of pairs of quantities other than those specifically restricted by the principle. Even so, its restrictions are sufficient to prevent scientists from being able to make absolute predictions about future states of the system being studied. The uncertainty principle has been elevated by some thinkers to the status of a philosophical principle, called the principle of indeterminacy, which has been taken by some to limit causality in general. See quantum theory .
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译文
物理理论不确定性原理，由海森堡于1927年阐明。指明同时测量某些测量对时，综合准确度的限制。测量的准确度由测量结果的不确定度给定。如果测量是精确的，则不确定度为零。 根据不确定性原理，同时测量位置和给定方向的动量时，合成不确定度之积，不能小于普朗克常数除以4π。此原理还限制同时测量能量与测量能量所需时间的测量准确度。普朗克常数特别小，在宏观世界中，对通常测量，不确定性原理的限制效应不显现；而对原子和粒子的尺度，不确定性原理的限制效应非常重要。由于此场合不确定性的存在，亚微观世界的显现为统计，而非必然可测。大尺度中，在时空所描述的框架中，谈因果关系是可以的；在原子世界，这是不可能的。这种描述要求诸如位置，速度，能量以及时间的精确测量，而由于不确定性原理，这些量不能精确测量。不限制单一测量的准确度，也不限制非同时测量的准确度，非不确定原理要求的成对的量，同时测量也不限制准确度。即使如此，科学做出所研究的系统的关于未来状态的绝对预言，它的限制是充足的。不确定性原理被一些思想家引申去研究哲学，称为模糊原理，被用于限制通常的因果关系。见量子理论。
Bibliography: See W. Heisenberg, The Physical Principles of the Quantum Theory (tr. 1949); D. Lindley, Uncertainty (2007).
-作者: 流氓插件 时间: 2016-8-18 21:01
国际千克原器似乎也有个“不确定度”（“准确度”）？ 那块宝贝疙瘩在“入定时刻”的质量被人们“定义”为1kg——这就是它当时的“质量真值”——大家一致认定、毫无异议的值， 相应的“不确定度”为O！....但、但、但....没有人能“确定”它现在、当前的“质量”还正正的是“1kg”！--- “不确定度”（“准确度”）肯定不是O了。作者: cy4080 时间: 2016-8-18 21:22
国际千克原器确确实实既有个“不确定度”，也有个“准确度”，其质量当时被人们“定义”为1kg——这的确就是它当时的“质量真值”，其“准确度”在当时最高，“误差”在当时被视为“零”，但其不确定度需要根据复现1kg量值的测量过程所有信息来评估，因此不确定度哪怕在当时也不能被视为零。现在，随着质量计量技术的发展和进步，人们可以用更好的方法复现得到更趋近于1kg量值的值，因此人们现在才可以说当时视为误差为零的1kg千克原器的误差并不为零，并给出误差大小，一个新的被视为误差为零的1kg基准已经朦胧可见，不久的将来一定会诞生，但其准确度和“误差”被视为零，不确定度同样也永不会为零。作者: gxf 时间: 2016-8-18 21:28
“接近于０”本身是个相对概念，北京到广州的距离测量误差1厘米的长度不能不说是误差接近于零，但却不能说1厘米就是０。同样，在长度计量发展历程中，实物基准米原器、氪86波长基准器、光速1秒时间段走过距离若干分之一的计量基准在当时科技水平复现的量值都属于误差接近于零的量值。我认为，不限制单一测量的准确度，也不限制非同时测量的准确度，完全可以理解为“误差为0的被测量真值”是客观存在着的，人们探求被测量真值的努力是无限的。测得值无限趋近于被测量真值，误差无限趋近于零，真值和0误差是测量活动的“极限”，在现实生活中人们只能趋近而无法达到，所以“单一测量的测量准确度没有门限”。作者: 一条龙 时间: 2016-8-18 21:43
这不是睁着眼说瞎话吗？频率基准准确度10^-16远远到不了不确定性关系中普朗克常数10^-34量级，长度自然基准溯源到频率比频率准确度还低几个数量级，怎么能说接近0 ？