《比特計(jì)量學(xué)導(dǎo)論（暫定名）》——崔偉群

有些東西，也未必一定可以計(jì)量，關(guān)鍵是看看有沒(méi)有需要？總體上，計(jì)量學(xué)屬一門(mén)應(yīng)用學(xué)科。
關(guān)于“比特”，看上去更像是數(shù)字，而不是一個(gè)量值。平常我們說(shuō)，50公斤大米、10升汽油等等，有數(shù)且有量，計(jì)量才有實(shí)質(zhì)意義，而50、10僅僅是數(shù)字，純數(shù)字似乎也沒(méi)必要建立什么基準(zhǔn)裝置，然后大家去從這個(gè)基準(zhǔn)去溯源？
“比特”代表的物理含義千變?nèi)f化，同樣一個(gè)8位二進(jìn)制碼（8比特？），代表的到底是什么？比如我們的串口，同樣發(fā)送8比特?cái)?shù)據(jù)，加了奇、偶校驗(yàn)，傳送的數(shù)據(jù)就剩下7位了。。。

什么意思呀

受益匪淺！請(qǐng)繼續(xù)哦！

說(shuō)到底，如何定義信息的單位，如何保存和復(fù)現(xiàn)到如何溯源，這都是個(gè)問(wèn)題。計(jì)量已從實(shí)體向虛擬邁進(jìn)。解決好比特計(jì)量，才能為現(xiàn)在的流量糾紛及將來(lái)更多的信息糾紛做準(zhǔn)備。
然而什么是信息？對(duì)老百姓來(lái)說(shuō)就是短信、微信、QQ、網(wǎng)頁(yè)、音頻視頻，對(duì)信息行業(yè)從事者是一段載波的無(wú)線電或者編碼的高低電平，對(duì)經(jīng)濟(jì)學(xué)家來(lái)說(shuō)是提供決策的有效數(shù)據(jù)，對(duì)社會(huì)學(xué)家來(lái)說(shuō)是某種意義的載體，對(duì)前沿的理論物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，信息就是有序。霍金認(rèn)為黑洞不黑，在于黑洞有信息放出……
衡量信息的量，應(yīng)該是熵，熵就是無(wú)序。大自然的時(shí)間之箭在于熵總是增加這一基本原理，時(shí)間不可倒退在于熵不會(huì)自發(fā)減小，局部的熵減小源于更多的增加周?chē)撵亍?br /> 萬(wàn)事萬(wàn)物由能量組成。質(zhì)量的單位kg作為7個(gè)SI之一，其實(shí)也并不基本，因?yàn)橘|(zhì)量不是物質(zhì)與生俱來(lái)的，也不是所有物質(zhì)都具備的，質(zhì)量來(lái)源于哪里？這些年科學(xué)家為之著迷的研究，就是希格斯玻色子——被稱(chēng)為上帝粒子——也許就是質(zhì)量的本源，然而不管是玻色子還是費(fèi)米子，有質(zhì)量還是無(wú)質(zhì)量，都不會(huì)沒(méi)有能量。
就像是光。“上帝說(shuō)要有光，就有了光”。現(xiàn)代物理學(xué)家們無(wú)需借助“上帝”來(lái)創(chuàng)造宇宙，但是沒(méi)有能量可不行。沒(méi)有能量宇宙學(xué)家無(wú)法闡明大爆炸理論，相對(duì)論學(xué)家無(wú)法描述時(shí)空的彎曲，弦論和M理論的專(zhuān)家們也無(wú)法邁向大統(tǒng)一的萬(wàn)物之理。
能量就是信息嗎？或者說(shuō)可否用信息來(lái)衡量能量？如何度量信息？希望拋磚引玉共同探討。

說(shuō)到底，如何定義信息的單位，如何保存和復(fù)現(xiàn)到如何溯源，這都是個(gè)問(wèn)題。計(jì)量已從實(shí)體向虛擬邁進(jìn)。解決好比 ...
vandyke 發(fā)表于 2014-2-2 16:13

    謝謝V版的拋磚引玉，讓我知道了些這討論的問(wèn)題。

回復(fù) 1# 崔偉群
第二節(jié)
量由客觀向主觀轉(zhuǎn)化的過(guò)程
量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的特性，是不由人的意志為轉(zhuǎn)移的。但是人類(lèi)認(rèn)識(shí)量的過(guò)程卻是一個(gè)由客觀到主觀的過(guò)程。在這一過(guò)程中，人類(lèi)由具體到抽象，揚(yáng)棄了量在具體現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的具體規(guī)定性，抽出了他們的同一性，形成了量及其大小的定義。

例如長(zhǎng)度是空間的特性。在原始社會(huì)，人們通過(guò)觀察人的高矮、植物的高低、藏身之所的寬窄、獵物的大小、道路的遠(yuǎn)近來(lái)觀察空間。因而出現(xiàn)了某個(gè)個(gè)體通過(guò)“布手知尺，布指知寸” 、“一手之盛謂之掬，兩手謂之溢”的方法進(jìn)行測(cè)量。但這依舊是一個(gè)客體到客體的過(guò)程，沒(méi)有產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。為了統(tǒng)一部落意志，必須通過(guò)某種語(yǔ)言和文字進(jìn)行思維交流，這一交流的媒介——語(yǔ)言或文字就是人類(lèi)揚(yáng)棄了現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的具體規(guī)定性，抽出了他們的同一性而形成的共識(shí)。在這一共識(shí)中，人類(lèi)忽略了被測(cè)對(duì)象的具體規(guī)定性（例如是動(dòng)物還是植物、是米還是面）、忽略了測(cè)量方法的具體規(guī)定性(例如不同人的手的不同、不同人的指不同)，得出了由具體到抽象的，有客觀到主觀的關(guān)于量的認(rèn)識(shí)。

在這一對(duì)量由客觀向主觀的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，首先主觀忽略掉了客體之間的差異性，也即不同客體間的相互否定因素，形成思維之間易于交流的媒介。但是在這一過(guò)程中，由于思維本身的局限性，這一媒介無(wú)法完整確切地表達(dá)客體之間同一性的全部特征，從而導(dǎo)致這一由客觀向主觀轉(zhuǎn)換過(guò)程中的信息是不完備的。其次思維忽略掉的客體間的差異性導(dǎo)致不同主體間理解的差異，從而導(dǎo)致在主觀上產(chǎn)生分歧和爭(zhēng)論，進(jìn)而從主體角度產(chǎn)生推動(dòng)或阻礙人類(lèi)對(duì)量認(rèn)識(shí)的進(jìn)程。


通過(guò)米的定義歷史，可以清晰地了解量由客觀向主觀轉(zhuǎn)換的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

1791年獲法國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)，將1米定義為通過(guò)巴黎的地球子午線全長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一。這一定義是由具體的巴黎的地球子午線全長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為抽象的巴黎的地球子午線全長(zhǎng)的一個(gè)過(guò)程，這一過(guò)程忽略了不同歷史時(shí)期具體的巴黎的地球子午線全長(zhǎng)的差異，忽略了同一時(shí)刻巴黎的地球子午線全長(zhǎng)在客體和思維間的差異，也忽略了具體的四千萬(wàn)分之一與思維的四千萬(wàn)分之一的差異，從而容易在實(shí)踐過(guò)程中在不同主題之間產(chǎn)生不同理解。也正因?yàn)檫@一點(diǎn)，在1799年定義了“檔案米”，即一根3．5毫米×25毫米短形截面的鉑桿(platinum metre bar)，以此桿兩端之間的距離定為1米。這一定義將米的定義客觀化，使得對(duì)米的認(rèn)識(shí)由客體轉(zhuǎn)向客體。但是雖然客體轉(zhuǎn)向客體的定義表面上暫時(shí)消除了客觀與主觀的差異，但是由于客體本身的不穩(wěn)定，1872年就放棄了“檔案米”的米定義，轉(zhuǎn)而以鉑依合金（90％的鉑和10％的銥）制造的米原器作為長(zhǎng)度的單位。然而由于同樣的原因，如材料變形、測(cè)量精度不高（只能達(dá)0．1μm）、并且萬(wàn)一米原器損壞、復(fù)制將無(wú)所依據(jù)，特別是復(fù)制品很難保證與原器完全一致，給各國(guó)使用帶來(lái)了困難。因此，采用自然量值作為單位基準(zhǔn)器的設(shè)想一直為人們所向往。　

1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)米的定義作了如下更改：“米的長(zhǎng)度等于氪－86原子的2P10和5d1能級(jí)之間躍遷的輻射在真空中波長(zhǎng)的1650763．73倍”。這一定義又由具體轉(zhuǎn)向了抽象，由一個(gè)具體的氪－86原子轉(zhuǎn)向了抽象的氪－86原子，由具體的氪－86原子的2P10和5d1能級(jí)之間躍遷轉(zhuǎn)向了抽象的氪－86原子的2P10和5d1能級(jí)之間躍遷，由具體的真空轉(zhuǎn)向了抽象的真空，由具體的1650763．73轉(zhuǎn)向了抽象的1650763．73。

1983年10月在巴黎召開(kāi)的第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上又通過(guò)了米的新定義：“米是1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度”。
這一定義保持了上一定義由具體轉(zhuǎn)向了抽象的特征，由具體的光轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄蟮墓狻⒂删唧w的真空轉(zhuǎn)為抽象的真空、由具體的1／299792458秒轉(zhuǎn)為抽象的秒。

這種由具體轉(zhuǎn)為抽象，由客觀轉(zhuǎn)為主觀，是人類(lèi)知識(shí)共性化的必然趨勢(shì)，也是人類(lèi)意識(shí)交流的必然途徑和方法。沒(méi)有這種轉(zhuǎn)換，人類(lèi)對(duì)世界認(rèn)識(shí)的經(jīng)驗(yàn)將不能繼承和發(fā)揚(yáng)，發(fā)展和前進(jìn)。

目前，除了質(zhì)量的定義以外，其余六個(gè)基本量都完成了由客觀向主觀轉(zhuǎn)換的過(guò)程（佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)分校的名譽(yù)退休教授羅納德·福克斯提議將克(一千分之一千克)將定義成18×14074481個(gè)碳-12原子的重量。至少有兩個(gè)重新定義千克的其他提議正在討論中。它們包括:1`用純硅原子球體取代鉑金和銥混合圓柱體；2`利用已知的“瓦特天平”裝置，并利用電磁能定義千克）。例如：1千克為一個(gè)高度和直徑均為39 mm的,用鉑銥合金制成的圓柱體——國(guó)際千克原器的質(zhì)量；1秒為銫—133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9,192,631,770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間；安培為在兩條置于真空中的,相互平行,相距1米的無(wú)限長(zhǎng)而圓截面可以忽略的導(dǎo)線中,通以強(qiáng)度相同的恒定電流,若導(dǎo)線每米長(zhǎng)所受的力為0.0000002N,則導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度為1 A. （1948年）；1開(kāi)爾文定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16（1968年）；1摩爾為一系統(tǒng)的物質(zhì)的量,該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg 12C的原子數(shù)目相等。（1971年）；1德拉（簡(jiǎn)稱(chēng)坎）為一個(gè)光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度.該光源發(fā)出的頻率為540,000,000,000,000赫茲的單色輻射,且在此方向上的輻射強(qiáng)度為瓦特/球面度（1967年）。


這種轉(zhuǎn)換，便于人們?cè)诹恐粕线_(dá)成共識(shí)，但是也正是因?yàn)橛捎谶@些轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致這些量很難從理論上獨(dú)立。這是因?yàn)閺亩x上，除了了理論上質(zhì)量的定義獨(dú)立之外，其他幾個(gè)量的定義與質(zhì)量和長(zhǎng)度（或時(shí)間）總有這樣或那樣的聯(lián)系。

米和秒的聯(lián)系相對(duì)比較隱蔽。米是1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)要精確定義米，則秒的定義必須是精確的。然而秒為銫—133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9,192,631,770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間，由于對(duì)此周期的測(cè)量涉及到頻率，而頻率本身與波長(zhǎng)有著固有的聯(lián)系，因而對(duì)躍遷周期的測(cè)量實(shí)際涉及到波長(zhǎng)的測(cè)量，顯然米和秒的定義是相關(guān)的，不獨(dú)立的。同樣安培的定義也是不獨(dú)立的，其值與長(zhǎng)度和質(zhì)量有關(guān)；摩爾與質(zhì)量有關(guān)；開(kāi)爾文與摩爾有關(guān)；坎德拉與時(shí)間有關(guān)。

以上的這種聯(lián)系是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的特性所特有的必然聯(lián)系？還是在量由客觀到主觀的轉(zhuǎn)換過(guò)程中所引入的？這不但是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，而且也是一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題。但是從以上的聯(lián)系中可得出，隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，過(guò)去以基本單位劃分的獨(dú)立領(lǐng)域逐步出現(xiàn)相互交叉的研究領(lǐng)域，而這些交叉領(lǐng)域的研究，有助于從技術(shù)上推進(jìn)對(duì)量的理解和重新定義。

啟發(fā)同行對(duì)計(jì)量本質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)。希望論壇中能有更多這樣的文章。

回復(fù) 6# 崔偉群

第三節(jié)
量由主觀向客觀轉(zhuǎn)化的過(guò)程
當(dāng)量由客觀轉(zhuǎn)向主觀時(shí)，其轉(zhuǎn)換成果取到了中介的作用，這一中介是原有客體普遍化、一致化后共性的表現(xiàn)。因而這一轉(zhuǎn)換成果適于在思維間傳遞，但是也僅僅適用于在思維間傳遞。在起到共同意志的作用之外，作為主觀意識(shí)的量的定義要想實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)自然、改造自然的目的，主體必須通過(guò)客體將量的定義具體化后加以實(shí)現(xiàn)。這一過(guò)程，就是量由主觀向客觀轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

然而這一轉(zhuǎn)化過(guò)程與量由客觀到主觀的轉(zhuǎn)化不同，這是因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)化是抽象到具體的一個(gè)過(guò)程，是主觀“無(wú)差異”走向具體差異的過(guò)程，是由于客觀世界的多樣性所決定的。

例如當(dāng)“布手知尺，布指知寸” 、“一手之盛謂之掬，兩手謂之溢”上升為部落共識(shí)是量由客觀到主觀的一個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程.但是當(dāng)某個(gè)具體的測(cè)量發(fā)生時(shí)，“布手知尺，布指知寸” 、“一手之盛謂之掬，兩手謂之溢”則由一個(gè)部落共識(shí)的主觀概念轉(zhuǎn)化為群體中的一個(gè)個(gè)體具體的手和具體的指，實(shí)現(xiàn)了主觀“無(wú)差異”走向具體差異的過(guò)程。然而這一過(guò)程之所以能夠進(jìn)行，不但依賴國(guó)家意志的介入，而且依賴于量由客觀向主觀轉(zhuǎn)換的共識(shí)。也就是說(shuō)，人們只所以能夠容忍這種差異性，是因?yàn)橹挥泻雎赃@種差異性，量的普遍共識(shí)才能達(dá)成一致，基于量的社會(huì)生活才能有序進(jìn)行。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程，也體現(xiàn)在國(guó)家在特定計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位并且具有最高計(jì)量學(xué)特性，經(jīng)國(guó)家鑒定、批準(zhǔn)作為統(tǒng)一全國(guó)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具的過(guò)程中。

目前我國(guó)建立在用的國(guó)家基準(zhǔn)約120項(xiàng)，分屬長(zhǎng)度、熱學(xué)、無(wú)線電、電磁、力學(xué)、時(shí)間頻率、光學(xué)、聲學(xué)、電離輻射、化學(xué)、其他等領(lǐng)域。這些基準(zhǔn)都是量由主觀向客觀轉(zhuǎn)化的結(jié)果。

量由客觀轉(zhuǎn)化為主觀，再由主觀轉(zhuǎn)化為客觀是一個(gè)典型的否定之否定過(guò)程。在這一過(guò)程中，人類(lèi)對(duì)量的認(rèn)識(shí)發(fā)生了飛躍，但是也正因?yàn)檫@一過(guò)程，差異性不可避免地被消除和引入，使得量的技術(shù)研究不但是個(gè)追求準(zhǔn)確的過(guò)程，也成為一個(gè)評(píng)估差異的過(guò)程。

用比特計(jì)量學(xué)，還是網(wǎng)絡(luò)計(jì)量學(xué)，信息計(jì)量學(xué)好呢，比特計(jì)量學(xué)好象探討的只是一個(gè)單位！

回復(fù) 9# qykawent

謝謝！現(xiàn)在根據(jù)出版社建議，改成數(shù)字計(jì)量學(xué)了

用比特計(jì)量學(xué)，還是網(wǎng)絡(luò)計(jì)量學(xué)，信息計(jì)量學(xué)好呢，比特計(jì)量學(xué)好象探討的只是一個(gè)單位！ ...
qykawent 發(fā)表于 2014-2-14 17:30

    我也覺(jué)得標(biāo)題有些不貼切，剛聽(tīng)到比特計(jì)量學(xué)導(dǎo)論，以為是說(shuō)手機(jī)流量計(jì)量的事哦！

回復(fù)  qykawent

謝謝！現(xiàn)在根據(jù)出版社建議，改成數(shù)字計(jì)量學(xué)了
崔偉群 發(fā)表于 2014-2-14 23:59

    是哦！改成數(shù)字計(jì)量學(xué)好多了！
    建議能否給出后續(xù)全部章的標(biāo)題預(yù)告？

回復(fù) 12# 劉彥剛

暫定的目錄，可能有調(diào)整
   數(shù)字計(jì)量學(xué)

前言
第一章  量與計(jì)量
         第一節(jié) 量的發(fā)現(xiàn)
         第二節(jié)量由客觀向主觀轉(zhuǎn)化的過(guò)程
         第三節(jié)  量由主觀向客觀轉(zhuǎn)化的過(guò)程
         第四節(jié)  測(cè)量與計(jì)量
第二章  信息技術(shù)的發(fā)展與數(shù)字計(jì)量
          第一節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理及二進(jìn)制測(cè)量
          第二節(jié) 計(jì)算機(jī)世界中二進(jìn)制的表示方式及測(cè)量
          第三節(jié)  數(shù)字計(jì)量學(xué)
第三章  數(shù)字計(jì)量學(xué)的基礎(chǔ)——比特量值的計(jì)量技術(shù)
          第一節(jié)  信息量與二進(jìn)制數(shù)字
          第二節(jié) 比特量的定義及比特量計(jì)量基準(zhǔn)
          第三節(jié)  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中二進(jìn)制信息的存儲(chǔ)技術(shù)
          第四節(jié)  二進(jìn)制信息的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)及計(jì)量技術(shù)
第四章  數(shù)字計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)——二進(jìn)制結(jié)構(gòu)與量的關(guān)系
           第一節(jié) 硬件條件對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的限制與量的關(guān)系
           第二節(jié) 軟件與量的關(guān)系
第五章 軟件自身的量傳溯源與計(jì)量技術(shù)
           第一節(jié) 源代碼狀態(tài)下軟件的量傳溯源與計(jì)量技術(shù)
           第二節(jié) 可執(zhí)行代碼文本狀態(tài)下軟件的量傳溯源與計(jì)量技術(shù)
           第三節(jié) 可執(zhí)行代碼運(yùn)行狀態(tài)下軟件的量傳溯源與計(jì)量技術(shù)
第六章  網(wǎng)絡(luò)流量及網(wǎng)絡(luò)帶寬速率測(cè)量軟件的計(jì)量
           第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量
           第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)帶寬速率測(cè)量
           第三節(jié) 網(wǎng)絡(luò)流量及網(wǎng)絡(luò)帶寬速率測(cè)量的計(jì)量
第七章  文本相似度軟件的計(jì)量
第八章  聲紋識(shí)別軟件的計(jì)量
第九章  圖像識(shí)別軟件的計(jì)量
第十章  視頻識(shí)別軟件的計(jì)量
第十一章  訪問(wèn)量、點(diǎn)擊量、轉(zhuǎn)發(fā)量的、黏著度的計(jì)量
第十二章  計(jì)算機(jī)性能的量傳溯源的計(jì)量
第十三章  云計(jì)算性能的量傳溯源的計(jì)量
第十四章  測(cè)量軟件與計(jì)量器具軟件的可信度測(cè)評(píng)
結(jié)束語(yǔ)

回復(fù)  劉彥剛

暫定的目錄，可能有調(diào)整
   數(shù)字計(jì)量學(xué)

前言
第一章  量與計(jì)量
         第一節(jié) 量的發(fā)現(xiàn)
...
崔偉群 發(fā)表于 2014-2-15 07:44

    謝謝你的預(yù)告！這些內(nèi)容真是我們的知識(shí)盲區(qū)，我們期盼著！

謝謝你的預(yù)告！這些內(nèi)容真是我們的知識(shí)盲區(qū)，我們期盼著！
劉彥剛 發(fā)表于 2014-2-15 16:48

    因?yàn)槲覀兠黠@知識(shí)老化了，而我們面對(duì)的卻是已經(jīng)來(lái)臨，而我們還幾乎一無(wú)所知的計(jì)量的革命！

感覺(jué)還是叫信息計(jì)量學(xué)貼切，當(dāng)然是指狹義信息學(xué)中的。數(shù)字這個(gè)中文詞語(yǔ)會(huì)有歧義，英文對(duì)應(yīng)完全不同的兩個(gè)詞。

回復(fù) 16# vandyke


是啊，開(kāi)始也這么想，但是“  信息計(jì)量學(xué)”已經(jīng)作為專(zhuān)有名詞被用了。
要不起名“數(shù)字化信息計(jì)量學(xué)”或“數(shù)字與軟件計(jì)量學(xué)”？

“數(shù)字化信息計(jì)量學(xué)”這個(gè)名字好，以英文標(biāo)題作為補(bǔ)充更能表明此“計(jì)量”非彼“計(jì)量”

回復(fù) 18# vandyke
謝謝

新的計(jì)量學(xué)，好好學(xué)習(xí)

回復(fù) 22# chuxp
目前很多人持有類(lèi)似的觀點(diǎn)，這也是進(jìn)行論述的起因之一。附件是2001年具有代表性的一篇文章。

看來(lái)很不錯(cuò)的啊，多多學(xué)習(xí)。

第二章第1節(jié) 數(shù)字計(jì)量學(xué)2-1_頁(yè)面_2.jpg (398.86 KB, 下載次數(shù): 0, 售價(jià): 1 金幣)

2014-3-3 16:56 上傳

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