量度

量度

量度單位是約定俗成的,是由人們設定後,然後一社群有共識後開始使用。

基本介紹

  • 中文名:量度 
  • 外文名:measurement
  • 釋義英制單位
  • 發音: liang du
標準,單位及系統,英制系統,公制系統,國際單位制,定義,古典的定義,資訊理論的定義,量子力學的定義,

標準

若不考慮少部份的量子常數,量度單位基本上可以任意選定。因此量度單位是約定俗成的,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米的長度,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,會演變出一些量度單位的標準,使一個群體有共同的量度基準。法律中一開始規範量度單位的目的也是為了防止商業詐欺。
今日的量度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)。最早米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米是光在自由空間中1⁄299,792,458秒所行進的距離。

單位及系統

英制系統

主條目:英制單位
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,後來演變成美國的美式英制單位。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,但日常使用仍常使用英制。而美式英制單位仍是美國及一些加勒比地區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。英國官方己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、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,以米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,國際單位製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冪來表示。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米等於1234公厘,也等於0.001234公里。類似2/5米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,長度或距離都是用米、公厘(千分之一米)或公里(一千米)表示,因此不會有類似英制,同一物體量的不同單位轉換時,其轉換係數較複雜不一致的問題。

國際單位制

主條目:國際單位制
國際單位制(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套用接受的單位系統。國際單位制在1960年設定,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。國際單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。最原始的六個基本單位分別為
  • 米(m):長度的國際單位制單位
  • 秒(s):時間的國際單位制單位
  • 公斤(kg):質量的國際單位制單位
  • 安培(A):電流的國際單位制單位
  • 熱力學溫標(°K):熱力學溫度的國際單位制單位
  • 坎德拉(cd):發光強度的國際單位制單位
後來摩爾也加入基本單位中,而熱力學溫標的單位也改為K。
國際單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m·kg·s。也可依此定義其他物理量的單位,例如物質密度的單位kg/m。

定義

古典的定義

依古典的定義,量度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。數量和量度二者互相定義,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。

資訊理論的定義

資訊理論認為所有資料在本質上都是不精確的,只有統計上的意義。因此量度是定義為“對於數值的一組觀察,可減少結果的不確定性。”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征理論不同,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量度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

量子力學中,量測是指一個可確定物體的位置、動量極性(只針對光子)等的行為。在量測前,物體的波函式可表示其量測結果為不同值的機率,但量測後波函式塌縮,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。

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