判據(jù)是什么？——七論不確定度論

           判據(jù)是什么？——七論不確定度論

                                                            史錦順

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判據(jù)是判斷的依據(jù)，是辨別是非的標(biāo)準(zhǔn)，是判別理論正誤的根據(jù)。

在物理學(xué)的發(fā)展歷史上，檢驗(yàn)各種理論、各種學(xué)說，靠的是實(shí)際測(cè)量。也就是說，驗(yàn)證理論正誤的判據(jù)是實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)。

愛因斯坦狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，也是第一個(gè)證明，是邁克爾遜的著名實(shí)驗(yàn)。依經(jīng)典力學(xué)，用伽利略變換，光速在南北方向與東西方向應(yīng)不一樣，差別約1.5E-6，邁克爾遜實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度已達(dá)1E-8，卻測(cè)量不出光速的方向變化，由此愛因斯坦提出光速不變?cè)恚f明對(duì)光速這樣的電磁運(yùn)動(dòng)的速度來說，伽利略變換不成立，而洛倫茲變換成立。二者差別又稱相對(duì)論效應(yīng)。對(duì)衛(wèi)星的速度，相對(duì)論效應(yīng)僅約1E-8，一般可忽略。

科學(xué)史上的“實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)理論的判據(jù)”這一條，是正確的，對(duì)人們的影響也是深刻的。

不確定度論明白地說明它利用這一條。

GUM（2008版）說：

E.5.1 The focus of this Guide is on the measurement result and its evaluated uncertainty rather than on the unknowable quantities “true” value and error.

本導(dǎo)則的著眼點(diǎn)是在測(cè)量結(jié)果及其評(píng)定的不確定度上，而不是不可知量“真”值和誤差。

E.5.4 Indeed, this Guide's operational approach, wherein the focus is on the observed (or estimated) value of a quantity and the observed (or estimated) variability of that value, makes any mention of error entirely unnecessary.

事實(shí)上，在本導(dǎo)則的使用方法中，著眼點(diǎn)是量的觀測(cè)的（或估計(jì)的）值和該量值的觀測(cè)的（或估計(jì)的）變動(dòng)性，完全不必提及任何誤差。

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從上述兩段話中，不難領(lǐng)悟到，不確定度論的基本思路是憑測(cè)量結(jié)果論測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，是憑數(shù)據(jù)來論數(shù)據(jù)。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是基本的、重要的，它可以是各種理論的判據(jù)；但是，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不能成為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自身質(zhì)量的判據(jù)。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量是什么？實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就是測(cè)得值，測(cè)得值的質(zhì)量就是準(zhǔn)確性，就是測(cè)得值與客觀量的差，學(xué)名就叫誤差。誤差定義為測(cè)得值與真值之差。真值就是客觀值，就是實(shí)際值，就是準(zhǔn)確值。真值的體現(xiàn)者是約定真值、各檔次的相對(duì)真值；具體地說，基準(zhǔn)、各等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)就是真值的化身。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)就當(dāng)真值用。判別實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的判據(jù)是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

接 1#

測(cè)量準(zhǔn)不準(zhǔn)，即測(cè)得值準(zhǔn)不準(zhǔn)，這是測(cè)量的基本問題，是計(jì)量的基本任務(wù)。

測(cè)得值準(zhǔn)不準(zhǔn)，不能靠測(cè)得值本身去解決。用電子案秤測(cè)一塊黃金，測(cè)100次，顯示都是1012克，憑這一百個(gè)數(shù)據(jù)能判別此秤準(zhǔn)不準(zhǔn)嗎？不行的。這一百個(gè)數(shù)據(jù)只說明該秤的穩(wěn)定性很好，隨機(jī)誤差很小。

判別秤準(zhǔn)不準(zhǔn)的方法很簡單，也很原則，必須用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。案秤上放一個(gè)砝碼（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)），秤的測(cè)得值與砝碼的標(biāo)稱值之差，就是誤差的實(shí)測(cè)值，可以代表誤差，或用誤差方程計(jì)算出誤差。

沒有砝碼，用秤測(cè)一萬次，也不能得知誤差；而有了砝碼，一次測(cè)量，就知大概，三次測(cè)量基本定論，測(cè)量10次，就是該量值點(diǎn)的確切檢定。因此，砝碼是秤準(zhǔn)確程度的判據(jù)。

測(cè)量儀器的測(cè)量質(zhì)量的判據(jù)是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。某級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量的判據(jù)是高一級(jí)或更高等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

不確定度論對(duì)真值是很反感的。對(duì)真值的化身——計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么態(tài)度呢？兩個(gè)字：漠視，只當(dāng)沒看著。

實(shí)用測(cè)量的準(zhǔn)確程度取決于測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度，測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度的判據(jù)是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)量工作者的依據(jù)。

不確定度論把被判別的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)當(dāng)做判據(jù)，本末倒置了。

仔細(xì)分析不確定度評(píng)定的過程，人們不難發(fā)現(xiàn)，原來，不確定度評(píng)定的依據(jù)是兩部分，即所謂A類評(píng)定和B類評(píng)定。不確定度論聲明過，變量測(cè)量它不管（管不了），只能論常量測(cè)量（如測(cè)量黃金的質(zhì)量，測(cè)量石英棒的長度），A類評(píng)定表明的不過是測(cè)量儀器的隨機(jī)變化引入的隨機(jī)誤差，在測(cè)量儀器的誤差中占極小的比例。B類評(píng)定有多種說法，GUM與VIM打架，說法不一致，不過最主要的共同點(diǎn)是一條：根據(jù)儀器說明書。看說明書，知道測(cè)量儀器的指標(biāo)，這一點(diǎn)是對(duì)的，但這太初步了。沒有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的普通測(cè)量者，只能（也可以）用儀器說明書的規(guī)定（還要看檢定證書，是否在有效期內(nèi)），來認(rèn)定測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。

請(qǐng)注意，認(rèn)定數(shù)據(jù)，包括知道本次測(cè)量的誤差，是測(cè)量行為的自然的結(jié)果，因?yàn)闇y(cè)量是用儀器進(jìn)行的，而儀器的誤差是由說明書已給出的。

普通測(cè)量，用所選定的符合測(cè)量誤差要求的儀器進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)得值，就完事了，是不需要什么評(píng)定的。（葉書寫到，用法定強(qiáng)制檢定的儀器進(jìn)行的測(cè)量不搞評(píng)定。）對(duì)重要的測(cè)量，或有爭議時(shí)（包括有懷疑時(shí)），要對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行判別。判別的依據(jù)，即判據(jù)，只能是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

要進(jìn)行的是判別，是儀器的性能到底符合不符合其指標(biāo)，也就是說誤差到底是多少。沒有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，沒法判別。

用說明書來判別數(shù)據(jù)的質(zhì)量，說明書是測(cè)量者的質(zhì)量判據(jù)，但這檔次太低了。我們搞計(jì)量的，一出手就是判別測(cè)量儀器的指標(biāo)是不是合格。也就是說，我們計(jì)量工作的最低層次，是判別儀器性能與說明書規(guī)定的符合性（即儀器是否合格），而不確定度論則是相信說明書的規(guī)定就真的是所用的這臺(tái)儀器的性能。可見，不確定度的評(píng)定，比我們最低的計(jì)量工作（用標(biāo)準(zhǔn)判別儀器是否合格）還低一個(gè)檔次。再說一遍，不確定度評(píng)定，相信廠家的說明書的指標(biāo)就是測(cè)量儀器的實(shí)際性能。而計(jì)量的任務(wù)卻是判別測(cè)量儀器的性能是否符合其指標(biāo)。

如此低檔次的不確定度論，還能充當(dāng)計(jì)量工作的指導(dǎo)嗎？不能。

那樣無能的不確定度論，要它何用？