一級(jí)計(jì)量師

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從測(cè)不準(zhǔn)原理到測(cè)量不確定度

為了評(píng)定測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量如何，要用測(cè)量不確定度來(lái)描述。ISO/IEC導(dǎo)則25指明實(shí)驗(yàn)室的每個(gè)證書或報(bào)告，必須包含有關(guān)評(píng)定校準(zhǔn)或測(cè)試結(jié)果不確定度的說(shuō)明，當(dāng)我們給出測(cè)量結(jié)果時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要給出測(cè)量不確定度。本文從歷史的角度簡(jiǎn)單介紹從測(cè)不準(zhǔn)原理到測(cè)量不確定度的使用過(guò)程。

1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡（Heisenberg·Werner，1901—1976）提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，即測(cè)量一個(gè)微粒的位置時(shí)，如果不確定范圍是ΔX，同時(shí)得出其動(dòng)量也有一個(gè)不確定范圍ΔP，那么ΔP和ΔX的乘積總是大于一定的數(shù)值，表示為ΔP·ΔX≥h/2。

這里h=h/2π，h為普朗克常數(shù)，等于6.626×10-34焦耳·秒。

這個(gè)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表明，如果要對(duì)物體的動(dòng)量進(jìn)行非常精密地測(cè)定，即ΔP→0，那么位置就非常不確定，即ΔX→∞。反之，要位置精密測(cè)定，動(dòng)量就非常不確定。

測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系同樣存在于能量與時(shí)間、角動(dòng)量與角位移之間。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是一個(gè)普遍原理，凡是經(jīng)典力學(xué)中共軛的動(dòng)力變量之間都有個(gè)關(guān)系式。測(cè)不準(zhǔn)原理是物質(zhì)的客觀規(guī)律。對(duì)微觀粒子不可能如經(jīng)典力學(xué)的要求，既可以知道它的準(zhǔn)確位置，又同時(shí)知道它的動(dòng)量確定值。對(duì)微觀物體位置的描述是說(shuō)它處于某一位置的幾率，在它可能出現(xiàn)的空間中，有一個(gè)位置幾率的分布，符合統(tǒng)計(jì)物理規(guī)律。

在海森堡提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系（又稱不確定度關(guān)系）之后，許多學(xué)者相繼使用不確定度一詞，但其概念不明，含義不清。1970年以來(lái)，各國(guó)計(jì)量部門也逐漸使用不確定度來(lái)評(píng)定測(cè)量結(jié)果，由于對(duì)不確定度的分類、處理和表述有許多爭(zhēng)論，使用方法也多種多樣、比較混亂，使得各國(guó)在相互利用成果時(shí)極為困難，并給各國(guó)測(cè)量結(jié)果的比較帶來(lái)不便。

1980年，國(guó)際計(jì)量局在征求各國(guó)意見的基礎(chǔ)上，提出了不確定度建議書INC-1（1980），基本上對(duì)其作了完整的描述。1993年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織等7個(gè)國(guó)際組織共同發(fā)表了《測(cè)量不確定度表達(dá)指南》（簡(jiǎn)稱《ISO指南》），對(duì)不確定度的評(píng)定與表示有了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并使不確定度的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。

測(cè)量不確定度的定義為：測(cè)量結(jié)果帶有的參數(shù)，用以表征合理賦予被測(cè)量的值的分散性。表征分散性的參數(shù)可以是標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的給定倍數(shù)，或者置信水準(zhǔn)的區(qū)間半寬度。這是一個(gè)完全可以操作的最新定義，將測(cè)量結(jié)果的分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分為A類或B類進(jìn)行評(píng)定，它們合成后即可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，于是表征測(cè)量結(jié)果的參數(shù)——不確定度即可求出。

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