先生说:“真值不可知,误差不可求”是传统误差理论的观点,这个基本事实还是需要尊重的 ...”
我于1963年北大毕业,被分配到中国计量科学研究院工作。我是十分重视理论、爱看书的。在计量院图书馆,看过当时计量院所有的有关误差理论的书籍以及涉及误差理论的关于测量计量的书籍;又常常跑北京图使馆(有单位的集体借书证),看过当时能查到的“北图”馆藏的有关误差理论的书籍。却从来没见过那本书上讲“真值不可知”的话;更没有“误差不可求”的话。事实上,在误差理论一统天下的时候,谁能说出“真值不可知”“误差不可求”的话呢?要知道,在五十年代、六十年代、七十年代,说这种话,必然被认为是反马克思主义的言论,是逃不出四清运动、文革等历次运动的惩罚的。别说中国,1980年以前,“真值不可知”“误差不可求”的说法,全世界都没有(我能看英文与俄文杂志)。国际上的不确定度动议始于1980年,恰逢中国已改革开放。于是不确定度论的观点开始传入中国。我知道有“真值不可知”“误差不能求”的观点,是从叶德培的《测量不确定度》一书中看到的。一开始我就十分清楚,“真值不可知”“误差不可求”是炮制不确定度的几个美国人,杀向误差理论的利剑;误差理论本身绝没有这种说法。认为真值可知,才能用真值定义误差;认为误差可求,才能有计量这个行业,专门求测量仪器误差的大小。如果误差不可求,还哪有计量,还哪有误差理论?因此,说“真值不可知,误差不可求是传统误差的观点”,是不符合历史事实的。要尊重的历史事实是:两个“不可知”,是不确定度论者的编造。
“真值可知,误差可求”是计量工作者的必知的常识,也是一个辩证唯物论者的必须坚守的信仰。计量工作者,本职工作就是求误差,“误差可求”应该是极易理解的。因为我们有计量标准,仪器误差多大,一测便知,怎么还能说误差不可求?至于“真值可知”,说起来要费力些;不过老史早已准备好,怎样说明“真值可知”的事实和道理。下面复制《史氏测量计量学说》之第一章的有关部分。供参考。
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第1章 量的表征
4 量值的层次说与真值可知论
真值是经典测量学的概念。经典测量学的对象是常量测量。真值是相对测得值而言的。
量值分三个层次。从低到高是:测得值、真值、定义值。
定义值又称约定值。标称值是定义值的一种形式。定义值由国际计量大会给出。
测得值是测量得到的值。
定义值与测得值没有不同理解。
关键是真值的概念。真值可知还是不可知,是误差理论与不确定度论的不同的根基,是当今国际测量计量界的误差理论派与不确定度论派两大学术派别分歧的总根源。老史是误差理论派,坚定地反对不确定度论。这里重点论述真值可知的观点。
什么是量?VIM第一版与第二版,都在第一条说:“量是物质、物体、现象的可定量确定的属性”。这是关于量的权威定义,是世界测量计量界所公认的。
量的真值就是量的客观值、实际值。真值存在,真值可知,是量值定义就确定了的。
单个量的测量,没有测量准确度的门限,即测得值可以无限制地接近真值,因而真值是可知的。
对一般情况来说,真值存在着、作用着、变化着。人们可以准确认识。
同真理有绝对真理与相对真理一样,真值也有绝对真值与相对真值。真值的绝对性与相对性是辩证的统一。绝对性寓于相对性之中,相对性包含绝对性的因素。如同相对真理是真理一样,相对真值也是真值。相对真值可知,就是真值可知。
真值处处在。人们测量得到了测得值,又用误差范围圈住了真值,就是认识了真值。误差范围越小,对真值的认识越精确。准确度达到实际需要,就算完成对真值的准确认识,即取得了真值。一旦测量误差远小于量值本身的变化,则测得值个个是真值。真值与测得值合二为一,真值概念升华了,没有再区分的必要,真值也就是通常的量值。
人们利用真值的作用来认识真值。当测量发现被测量的变化时,变化是量的真实的变化,因此测得值是真值。统计测量(测量误差远小于量值的变化),测得值就是真值。
宇宙间,一般的量,都是变量。只是变化的程度有大有小。变量与常量的划分,与测量的准确度有关。着眼点不同,划分的结果不同。一米长的钢棍,通常用米尺、卡尺、千分尺来测量,钢棍长度被认为是常量,测得值的变化,体现的是测量工具的误差。当代已有基于稳频激光器的激光比长仪,测量一米长的钢棍,准确度达0.1微米,而室温波动0.5摄氏度,一米钢棍长度的变化量约为6微米。测量仪器的误差范围远远小于被测量的变化量。测得值的变化,表现的是被测量本身的变化。量值在变,是量值的真变,真变是真实值在变,真实值就是真值;量在变,就是真值在变。这就是说,变前变后的值,都是真值。因此,稳频激光比长仪测得的钢棍的长度,各个是真值。
特殊情况,是物理常数的真值与基准的真值。物理常数是宇宙中最稳定的量,是用世界上已有的最准确的测量仪器,测量得到的值,其不确定度包含有测量仪器的误差与物理常数变化这两部分。因此,物理常数是相对真值。随着科技的发展,物理常数的不确定度越来越小。
基准的功能是复现计量单位的量值。单位的量值是定义值,又称约定值、标称值。基准的准确度是基准的量值对定义值(标称值)的偏差范围。基准的准确性依靠特殊的物理机制;其准确度由严格的误差分析与严格的测量给出。基准的真值在基准的标称值加减偏差范围的区间内。基准的准确度,是测量计量准确性的总基础。人类以最先进的科技手段不断提高基准的准确度。
关于真值的几个命题
真值可知还是不可知,是误差理论与不确定度论的根本分歧。这里强调几点。
(1)物理公式的值是真值
物理公式是人类总结出的客观规律。是自然科学与技术的基础。物理公式是量值之间的关系式。物理公式中的量值是客观实际的量值,都是真值。
任何测量仪器,任何计量标准,都要依靠特定的物理机制;而误差分析的出发点是物理公式。明确物理公式的量都是真值,对测量计量工作有重要指导意义。误差分析,要从物理公式入手;设计测量仪器、计量标准,要依靠物理公式。而发明测量仪器、计量标准,则要寻求新的物理机制,建立新机制的物理公式(物理公式的特定形式)。
明确物理公式的量是真值,当前的一个重要意义是抵制、批驳不确定度论的真值不可知论。“真值不可知”论,是物理公式的悖论,是错误的。
(2)真值是客观的。真值大小,与测量单位大小无关。
量值由两部分构成:单位与数值。单位是一种国际性的约定,这种约定,只解决“一致性”的问题,不解决“准确性”的问题。一个客观的量值,由数值乘以测量单位构成。数值表示量值与单位的比值。对一个量值,数值与单位间有严格的反比关系。
设量值Q的数值是{Q},单位是[Q]。若量值的单位为[Qi],对应的数值为{Qi},则有:
∵ Q = {Q1}[Q1] = {Q2}[Q2] (1.1)
∴ {Q1}/{Q2}= [Q2]/[Q1] (1.2)
人类为了便于交流,约定测量单位,构成国际单位制。大家都用国际单位,对同一量就有同一的数值。
单位可以约定,但量的真值却不能约定。现行国际规范VIM3的“约定真值”,应改为“相对真值”。原称的“约定真值”,意思是相对真值,可能有千万个,没有人去“约定”,也不可能“约定”。(约定几个常用量,如重力加速度,是另一回事。)
(3)真值的通俗化
当测量误差远小于被测量的变化时,测得值是真值。现代测量技术,已能测得绝大多数量的真值。人们可以大大方方地在测量计量中称说真值。真值就是实际量值。
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