《史氏测量计量学说》征求意见稿（2）

                          《史氏测量计量学说》征求意见稿（2）

                                                                                                  史锦顺        

第1章 量的表征

1 测量
       量是时间、空间、物质、物体、现象的可定量确定的属性。
       测量是将待测量与标准量相比较，以确定待测量与选定单位的比值，此比值与单位的乘积就是待测量的测得值。
       测量过程包括：被测量信息的获取，与标准量的比较，计数与计算，输出测得值。
       测量的要义，一是比较，二是标准。测量要用测量仪器，测量仪器必须有机内量值标准，能实现比较。测量仪器的主要指标：量程、分辨力、准确度（误差范围）。
2 计量
       计量是保证测量准确的社会活动。
       计量的职能是：定义量的单位；建立基准，复现单位的定义值；建立标准体系，传递量值，保证全国量值的准确一致。
       基准的量值是国家准确度最高的量值。通过各级计量标准，将基准的量值传递到测量仪器。测量仪器的准确度指标在生产时形成，由厂家承诺，在计量时被公证。测量者根据准确度要求选用测量仪器。用户的测量仪器必须按时向计量部门送检，这称量值溯源。经检定合格的测量仪器，有明确的公证过的误差范围指标，于是，用测量仪器测量，测量者在取得测得值的同时，也就知道了测量的误差范围。
3 准确是测量计量的根本
       测量计量都要求准确。
       测量的目的是得到被测量的真值。测得越准，代价越高。从实际需求出发，人们测量的要求是获得准确度够格的测得值。
       计量的宗旨是保证测量的准确。
       测量计量的各个领域：标准与测量仪器的研制生产；计量；测量——总之，一以贯之的要求是准确。
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                                    《史氏测量计量学说》征求意见稿（2.1）

                                                                                                      史锦顺        

第1章 量的表征（续1）

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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It does not limit the accuracy of single measurements, of nonsimultaneous measurements, or of simultaneous measurements of pairs of quantities other than those specifically restricted by the principle. Even so, its restrictions are sufficient to prevent scientists from being able to make absolute predictions about future states of the system being studied. The uncertainty principle has been elevated by some thinkers to the status of a philosophical principle, called the principle of indeterminacy, which has been taken by some to limit causality in general.

不限制单一测量的准确度，也不限制非同时测量的准确度，非不确定原理要求的成对的量，同时测量也不限制准确度。即使如此，科学做出所研究的系统的关于未来状态的绝对预言，它的限制是充足的。不确定性原理被一些思想家引申去研究哲学，称为模糊原理，被用于限制通常的因果关系。


很显然，不确定性原理不限制单一测量的准确度，但并未肯定单一测量没有门限，而且作出了“关于未来状态的绝对预言，它的限制是充足的”，因此说“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”是没有科学依据的，任何测量都会有门限，只是目前测量不确定度远远没有到这个门限

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。

相对真值可知，仍然只能是真值相对可知，相对可知不能同绝对可知混为一谈

支持史老师，期待《史氏测量计量学说》尽快出版。

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                               《史氏测量计量学说》征求意见稿（2.2）

                                                                                                 史锦顺        

第1章 量的表征（续2）

5 误差元与误差范围
       测量得到的是测得值，即测量仪器的示值或多次测量的平均值。测得值与被测量的真值的差距称误差。误差是个泛指概念，误差包括误差元与误差范围两个概念。
       定义1 误差元
       误差元等于测得值减真值。
       定义2 误差范围
       误差元的绝对值的一定概率（通常取3σ，概率99%）意义上的最大可能值。
       误差元是误差理论的元素，是基础概念，没有不行，但只在误差分析时用。误差范围是域的概念，误差范围由误差元构成。误差范围包容着可能的误差元。误差范围是实用概念，贯穿于测量、计量以及基准标准、测量仪器制造等各种场合。误差范围又称准确度。
       准确度就是误差范围，又称极限误差、最大允许误差、准确度等级。准确度从来都是定量的。准确度这个术语，概念明确，词义清楚，广泛通行，几乎人人皆知。准确度一词，科学、通俗、简明。不确定度论污蔑说：准确度是定性的，不能用数字表达。这是瞪着眼睛说瞎话，是现代版的指鹿为马。这种话由美国NIST说出，经国际计量委员会通过，由八个国际学术组织向全世界推广，还明文列于国际规范中，以法规的形式强制推行。自己颠倒黑白，不许别人辨明是非，这是霸道作风。科学讲真理，反对霸道。测量计量界要高举准确度的旗帜！
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　　“真值可知”是在一定的准确性前提条件下是可知的，3楼说“任何测量都会有门限”是对的。误差理论告诉我们任何测量都有误差，没有误差的测量在客观世界，即在实际测量活动中，并不存在，因此绝对真值（或理论上的真值）通过测量是无法得到的，人们只能得到相对真值。4楼说“相对真值可知，仍然只能是真值相对可知，相对可知不能同绝对可知混为一谈”，这个说法是正确的。

　　下面是JJF1001-2011《通用计量术语及定义》给出的术语定义，编号为JJF1001的条款号，并不是不确定度相关标准和规范的定义，不确定度理论使用的术语是VIM或JJF1001的规定术语，史老师把定义权给了不确定度，“归罪于”不确定度，似乎无法令人信服。
　　5.3误差：测得的量值减去参考量值。（史老师的误差元与此定义并无区别，因此我不太赞成误差元的说法，除非另外给误差元新的定义，因为国家已经把这个定义给了误差）
　　5.8准确度：被测量的测得值与其真值间的一致程度。注１概念“测量准确度”不是一个量，不给出有数字的量值。……（这个定义明确规定了准确度术语不是一个量，无法用“数字”表示，史老师对准确度的解释与国家给“准确度”的定义大相径庭）
　　4.1测量：通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。
　　4.2计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动。
　　4.3计量学：测量及其应用的科学。
　　（4.1、4.2、4.3是国家关于测量与计量的定义，史老师给出的定义与国家给出的定义也存在着不同。建议史老师使用国家规定的被绝大多数人所接受的定义撰写新的大作，否则就不仅仅是“测量和计量”新的学说，而是要从测量计量的基本定义开始全面推翻已有计量学理论、误差理论基础了。如果真的能够推翻现有计量科学理论基础，那将是计量科学的一个质的飞跃。）

支持4#和8#、9#的观点和建议。术语的定义不能乱来。人类文明是要传承的，从字到词再到术语是要统一的，否则岂不是要天下大乱了吗？那还要起草这些标准和规范干什么？
史老师的“误差元”就是“测量误差”，“误差范围”就是“不确定度”，看看定义就会明白。 而且您定义的“误差范围“也不严谨：误差元的绝对值的一定概率（通常取3σ，概率99%）意义上的最大可能值。既然提到概率就要对应分布，您是指对应正态、均匀、三角、梯形、反正弦等的哪一种？3σ对应正态概率为99.73%（算约99%），您说的似乎只是这一种分布。对于均匀、三角、梯形、反正弦等分布能取3σ吗？对于均与分布1.73σ对应的概率就是100%了！可是其他分布都是有可能的，您这样定义合适吗？

                               《史氏测量计量学说》征求意见稿（2.3）

                                                                                               史锦顺  
      
第1章 量的表征（续3）

6 等量代换技巧       
       等量代换是数理科学的重要方法。
       用x代表未知数，就可以建立方程求解，代数法比算术法容易多了。
       测量中广泛应用等量代换。有广义量对特定量的代换，标准量的真值对被测量的真值的代换。测量仪器用计量标准定标，确定了误差范围；此误差范围就是测量仪器测量被测量时的误差范围。这是实现标准量的真值（一般量）对被测量的真值（特殊量）的代换。
       贝塞尔公式的精妙之处，就是用可计算的平均值代换真值或数学期望。
       误差定义为测得值与被测量真值之差，既通俗又确切。这是误差的物理意义。检定工作中常以标准的真值代替被测量的真值来确定误差，用了等量代换。
       测量仪器制造时，不能逐台给出误差范围指标，而是用一个指标来包容同一型号的所有仪器。测量仪器的量程内测量点很多，测量仪器也不能逐点给出指标，而是给出最大可能值。有时给出以测量点为变量的指标函数，所给出的也是各点的误差范围的最大可能值。
       测量者用测量仪器去测量，此时用测量仪器的误差范围的指标值来当做测得值的误差范围，这是冗余代换，合理而方便。
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qcdc 发表于 2015-8-11 10:02
支持4#和8#、9#的观点和建议。术语的定义不能乱来。人类文明是要传承的，从字到词再到术语是要统一的，否则 ...

不止您说的不严谨，“误差元的绝对值的一定概率（通常取3σ，概率99%）意义上的最大可能值”，最大可能值是单值概念，用单值去定义一个集合怎么可以，单值怎么可以同域划等号

qcdc 发表于 2015-8-11 10:02
支持4#和8#、9#的观点和建议。术语的定义不能乱来。人类文明是要传承的，从字到词再到术语是要统一的，否则 ...

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        术语的定义不能乱来。这个说法是对的。但是，谁在乱来？乱来的是炮制不确定度论的几个美国人。老史的著作、文章、帖子，就是下大力气来匡正宣贯不确定度以来，所产生的各种各样的混乱。
       咬文嚼字，本人向来一丝不苟。误差元的提法、误差范围的定义，是经过仔细地考虑的。先生的观点，尚未体会一个“元”字的画龙点睛作用。也不了解误差范围在研制、计量、测量三大领域的贯通作用。
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       概念有时需要精确。如果因概念笼统，而出现错误，那就需要概念精确化。例如误差一词，是个泛指概念，它有三层意思。进行误差分析，“误差”指测得值减真值，是个可正可负的单一值；比较仪器，如说铯钟误差比铷钟误差小，这里的“误差”指的是误差范围（可能误差绝对值的最大值）；许多场合，所说的误差，是泛指，包括误差元与误差范围。例如“误差理论”既不能只讲误差元，也不能只讲误差范围，必须二者都讲。因此此处的“误差”一词，是既包括误差元也包括误差范围的泛指概念。
       我们说，测量者是利用测量仪器求得被测量的值，而计量者是求得被检仪器的误差，来判别仪器的合格性。
       宣贯不确定度论以来，有个影响很坏的说法，那就是“真值不可知，误差不可求”。这是严重的错话，纯粹的伪科学。这是对历史的否定，对全部测量计量工作的否定。测量就是求被测量的真值，如果真值不可知，还测量什么？计量就是测知误差，如果误差不可求，还要计量干什么？
       这里面有深刻的哲学问题与逻辑问题，有复杂的社会背景。但有一点，是简单而明白的；那就是在物理概念上，对误差范围与误差元的混淆。
       把误差的概念，死死地限制在误差元（测得值减真值）上，就产生不确定度论对误差理论的种种无端攻击。只要明白，定义为测得值减真值的可正可负的误差，是误差元，误差元是构成误差范围的元素。人们在实践中用的是误差范围。所谓误差可求，指的是误差范围可求。所谓真值可知，在实用的层面上讲，就是真值存在的范围可知。只要这个包含真值的范围已知（以测得值为中心、以误差范围为半宽的区间），而误差范围又足够小，满足使用要求，人们就达到了认识量值的目的，就是得知了真值。
       误差范围是集合的概念，而误差元是构成单元。有元素的集合，才是物理意义明确的、有实用价值的概念。误差范围的概念，贯通于研制、计量、测量三大领域，基本原因就在于此。
       相反，不确定度的概念，却没有构成它的单元。于是不确定度的定义，今日东明日西，没准谱。而且矛盾百出。说误差不可求，却用人家求得的误差，不仅不讲逻辑，简直是无耻。
       到处讲分布，而实际工作又不可能对被测量求分布，分布的一套，没法细讲。找一个常见的、有代表性的、又是最不利的情况，就够了。说3σ，99%，主要是指接近正态分布的t分布。这是最不利的情况，把其他分布都包含了（其他分布都满足），也就足够了。你指摘3σ，99%；为什么不指摘不确定度论的2σ，95%？
       原来，概念该简化的地方，必须简化，才好应用。（用单值代表一个域，是常用的一种简化。MPEV是个单值，但它就代表测量仪器的误差域。）
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       总之，不确定度论的什么错话，你都可以容忍；而有人提出些有实际意义的新说法，你就反感。这种态度，在当今“大众创新”的时代，要不得。连明显的错误都不允许纠正，还谈什么创新？正确的规定，要遵守；错误的规定，为什么不可以改正？
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这怎么可以相提并论，MPEV当然是单值，代表正、负两个单值，是最大允许的误差值，比最大允许小的当然都是允许的，并不是用单值代表一个域，而是用单值的概念限定一个域