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驳“真值不可知论”
——评《倪书》引言(3)
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史锦顺
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测量的目的是知道量值的大小。用仪器测量,得到测得值。测得值与被测量的真值差多少,能不能满足测量者的要求,这是测量理论必须解决的问题。
真值可知,人们才能测量。“真值不可知论”是错误的。
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(一)真值的概念
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。
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。VIM1/VIM2说:“量值就是物质、物体、现象的可定量确定的属性。”可定量的属性,当然是可知的。
量子物理指出: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。
相对真值有不同的层次。对同一被测量,N-1级标准装置的测得值是M(N-1),误差范围指标是0.03%;N级标准装置的测得值是M(N),误差范围指标是0.3%;测量仪器的测得值是M,误差范围指标是3%。对用测量仪器进行的测量来说,M是测得值,而M(N)就是相对真值;而在对N级标准进行检定的场合,M(N)是测得值,M(N-1)就是相对真值。
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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,就是完成了对真值的准确认识,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,因此测得值个个是真值。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随机误差。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,变前便后的值,都是真值。因此,稳频激光比长仪测得的钢棍的长度,个个是真值。
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(仪器误差加量值本身的变化)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。
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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;相对真值有亿万个,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)真值就是实际量值
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,已能测得绝大多数的物理量的真值。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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(二)现行真值定义的逻辑错误
《JCGM 200-2012》即VIM第3版:
2.11 (1.19) 真值
和量的定义一致的量值。
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注1 误差论研究者说明测量,认为真值是唯一的,而实际上,是不可知的。不确定度论研究者认为,由于量的定义的详细程度不够,没有单一的真值,而是有一个真值组与真值对应。然而,在原则上在实践上,这个量值组都是不可知的。-
【史评】
细体会这段文字,批误差论,批不确定度论,又出一个超乎二者的当然正确论,是谁呢,这里叫它VIM论吧。说“真值不可知”,这是现代版的康德主义,是哲学上的不可知论。
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辩证唯物论认为:世上只有尚未认识的事物,没有不可认识的事物。真理的“真”,讲的是正确;真值的“真”,讲的是准确。准确有绝对准确和相对准确。相对准确是有误差的正确认识。误差可以越来越小,误差无限小时,相对准确的极限是绝对准确。真值就是客观值,就是实际值,就是准确值。
真值可知,才有作为自然科学基础的物理公式,物理公式的量都是真值。如果真值不可知,物理公式何从来?物理公式还有什么用?
真值可知,我们才去测量,如果真值不可知,我们还去测量干什么?
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注2 在基本常数的特殊情况下,认为量有单一真值。 -
【史评】
真奇怪,注1说真值不可知,注2又这样说。须知河堤是不能开口的,一旦承认有特殊,真值否定说就瓦解了。承认基本常数有真值,于是就得承认由物理常数引申的计量基准有真值,继而得承认由基准衍生的标准有真值……,当然,这从经典计量理论来看,都是极正常的,但立足不确定度论的VIM第3版有这样认识,则是不确定度论初衷的悖论。不确定度论的基本观念是真值不可知;这里,否定了自己的立足点。
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至于真值的“真”字,在基础测量即常量测量的条件下,为和测得值区别,是必要的;在统计测量的条件下,测量误差可略,测得值就是实际值,“真”字就不必提了。GUM也曾提到过真值就是实际值,但这个观点并没有贯彻。两大学派之争不在要不要“真”字的问题,是实际值即客观值是可知还是不可知的问题。
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我在《关于真值的定义》一文中说:
原来这个定义,竟是一句没有内容的空话,一句违反定义规则的废话。
下定义是为了明确概念,要言之有物,讲明是什么意思。给真值下定义就是要说明真值这个概念指的是什么意思,它与其他概念如测得值、标称值有什么区别。“与量的定义一致的值”,什么是量的定义?从上下行文、举例(量块长度的指定点)来猜,大概讲的是指定的量所处的条件。但是指定条件再完备,也区分不开是真值还是测得值。所以这个真值的定义,没有触及真值的本质,是一句不着边的空话。
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以上对VIM的真值定义的批评,是正确的。有人说老史的批评不对,并说VIM的真值定义是正确的。我进一步说明如下。
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(1)VIM的真值定义是个含混定义
上次我只说此定义是空话,是废话,尚未说它是错话。这里我进一步说明它违反了哪条定义规则。
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定义规则的一条是“定义项中不得包含含混的概念和词语”。不符合此条规则的定义叫含混定义。
VIM的真值定义包含含混的概念,它是个含混定义。“与量的定义一致的量值”,什么是“量的定义”?是不明确的、有歧义的。因而是含混的定义。
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(2)VIM的真值定义是个循环定义
VIM的真值定义中包含“定义”这一词语,这是不允许的。在数学、物理学、生物学、逻辑学,任何一本自然科学与社会科学的教科书或论文中,都不会在定义中再出现“定义”字样。因为这样的定义必然形成循环套。定义中包含定义,这是VIM的奇怪的、错误的下定义的方法,是个循环定义,这是违反定义规则的。这是个逻辑错误。
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