量度

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提示:本条目的主题不是計量單位
各種量表

量度是對一物理量(如長度、尺寸或容量等)的估計或測定,通常以一標準度量衡。量度以數字單位的標準來表示,如距離即以多少或多少公里來表示。

量度的過程為估計一數量的多寡和相同類型(如長度、時間、重量等)一單位的多寡之間的比例。量度即為此過程的結果,表示為數字加上一個單位,其中實數為估計的比例。如9公尺,其便為物體長度和長度單位,即公尺之間的比例。不像計數和整數個數個物體一般地可精確知道,每一個量度都是個存在些許不確定性的估計。有關量度的科學稱為度量衡學

標準[编辑]

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公尺的長度,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騙

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)。最早公尺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公尺是光在自由空間中1⁄299,792,458秒所行進的距離。

單位及系統[编辑]

中國[编辑]

英制系統[编辑]

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、大英帝國美國等國家使用。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,但日常使用仍常用到英制。而从英制單位演变而来的美制单位(又称美式英制單位)仍是美國及一些加勒比地区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[编辑]

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,以公尺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,国际单位制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幂英语Powers of 10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公尺等於1234公釐,也等於0.001234公里。類似2/5公尺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,長度或距離都是用公尺、公釐(千分之一公尺)或公里(一千公尺)表示,因此不會有類似英制,同一物體量的不同單位轉換時,其轉換系數較複雜不一致的問題。

国际单位制[编辑]

国际单位制(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應用接受的單位系統。国际单位制在1960年設置,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。国际单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[1]

  • 公尺(m):長度的国际单位制單位
  • 秒(s):時間的国际单位制單位
  • 公斤(kg):質量的国际单位制單位
  • 安培(A):電流的国际单位制單位
  • 熱力學溫標(K):熱力學溫度的国际单位制單位
  • 燭光(cd):發光強度的国际单位制單位

後來莫耳也加入基本單位中,而熱力學溫標的單位也改為K。

国际单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m2·kg·s−3。也可依此定義其他物理量的單位,例如物質密度的單位kg/m3

定義及理論[编辑]

古典的定義[编辑]

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[2]。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[2]

信息论的定義[编辑]

信息论認為所有資料在本質上都是不精確的,[來源請求]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。」[3]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徵理論不同,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英语estimation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[编辑]

量子力學中,量測是指一個可確定物體的位置、動量及極性(只針對光子)等的行為。在量測前,物體的波函數可表示其量測結果為不同值的機率,但量測後波函數塌縮,因此結果只有一個值。量測問題英语measurement problem在量子力學中的意義是量子力學的基本未解問題之一。

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ International Bureau of Weights and Measures, The International System of Units (SI). 8th. 2006:  147, ISBN 92-822-2213-6 
  2. ^ 2.0 2.1 Michell, J. (1999). Measurement in psychology: a critical history of a methodological concept. New York: Cambridge University Press.
  3. ^ Douglas Hubbard: "How to Measure Anything", Wiley (2007), p. 21