不確定度理論的五大難關(guān)(5)——第五關(guān)：賭城歧途

                  不確定度理論的五大難關(guān)(5)

                                                       ——第五關(guān)：賭城歧途

-

                                                                                                                                           史錦順

-

（一）誤差研究的方法

誤差研究是測(cè)量計(jì)量學(xué)的基本任務(wù)之一。就筆者的閱歷，談一談?wù)`差研究的方法。

1 理論分析法

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立，測(cè)量?jī)x器新方案的提出，測(cè)量方案的制定，有關(guān)誤差部分，第一步是理論分析。

首先是選取物理機(jī)制，建立測(cè)量模型。

寫(xiě)出物理公式，寫(xiě)出計(jì)值公式，聯(lián)立而得測(cè)量方程。

物理公式體現(xiàn)客觀規(guī)律。物理公式中的值是真值，測(cè)得的量、認(rèn)定的量與真值的差，是誤差元，誤差元絕對(duì)值的一定概率意義下的最大可能值，就是誤差范圍。

區(qū)別測(cè)量方程中的常量與變量，用小量分析法或用微分法對(duì)變量進(jìn)行微分，得到誤差元，再把誤差元合成為誤差范圍，就完成了理論分析。

-

2 實(shí)驗(yàn)證實(shí)

誤差理論的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，是非常重要的，但比較難。書(shū)上有許多誤差分析的實(shí)例，有些經(jīng)過(guò)證實(shí)，有些沒(méi)有單項(xiàng)證實(shí)，可能有錯(cuò)。

實(shí)驗(yàn)證明的第一個(gè)方法，是整體證明。測(cè)量?jī)x器的誤差分析對(duì)還是不對(duì)，就看研制出的儀器的誤差指標(biāo)合格不合格。合格性判別靠計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，誤差分析對(duì)不對(duì)，歸根結(jié)底要靠計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

-

3 外推法

建立基準(zhǔn)，沒(méi)有上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，要求有獨(dú)立的誤差分析，但怎樣證實(shí)？為了驗(yàn)證儀器單項(xiàng)誤差對(duì)不對(duì)，怎樣做實(shí)驗(yàn)？

本人提出“外推法”。因?yàn)閷?shí)際的誤差量都很小，常常在測(cè)量?jī)x器的誤差范圍內(nèi)，直接驗(yàn)證單項(xiàng)誤差，鑒別力低，無(wú)法直接測(cè)量驗(yàn)證。外推法是故意設(shè)置較大的偏差量，在大尺度下驗(yàn)證誤差公式，再外推到實(shí)際的情況。

我在計(jì)量院工作期間的一項(xiàng)工作，是判別波導(dǎo)測(cè)量線(xiàn)誤差公式的正誤，用的是“外推法”。因?yàn)闇y(cè)量線(xiàn)不便給出總體指標(biāo)，國(guó)際上的測(cè)量線(xiàn)產(chǎn)品，都是分項(xiàng)指標(biāo)。檢定要用誤差公式，應(yīng)用也要用誤差公式，而單項(xiàng)誤差沒(méi)有實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)可依，這就必須判斷各種公式的正誤，從而選用正確的公式。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果，肯定了教科書(shū)上的幾個(gè)公式，也否定了教科書(shū)上的幾個(gè)公式。文章的題目是《測(cè)量線(xiàn)檢定與誤差公式的實(shí)驗(yàn)鑒別》，發(fā)表在《無(wú)線(xiàn)電技術(shù)》1976年第10期。

-

（二）統(tǒng)計(jì)方法的局限

蒙特卡羅法，是統(tǒng)計(jì)理論的重要方法。

該方法的基礎(chǔ)是：

1 隨機(jī)量

2 分布性質(zhì)

3 大量采樣（數(shù)千到數(shù)萬(wàn)），

4 高速計(jì)算

-

測(cè)量計(jì)量的特點(diǎn)是：

測(cè)量依靠測(cè)量?jī)x器，測(cè)量的水平?jīng)Q定于測(cè)量?jī)x器的水平。

計(jì)量依靠標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)必須能溯源，源頭是固定的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)是計(jì)量單位的復(fù)現(xiàn)值。單位是國(guó)際會(huì)議的定義值，是確定的、單一的值。

從根本上說(shuō)，計(jì)量單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量?jī)x器給出的值，都基本上是肯定值、確定值，而不是隨機(jī)量。或者說(shuō)，量值的主要部分是常量，是確定量，僅僅有極小的一部分才是隨機(jī)的。

測(cè)量結(jié)果由測(cè)得值加減誤差范圍構(gòu)成。測(cè)量?jī)x器的誤差范圍是1%，則測(cè)量結(jié)果中99%是確定的，僅1%是誤差范圍。在誤差范圍中，系統(tǒng)誤差又占大部分，隨機(jī)誤差僅是小部分。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)的情況，更突出。10^-6的標(biāo)準(zhǔn)，隨機(jī)部分小于百萬(wàn)分之一。

-

測(cè)量的核心問(wèn)題是有準(zhǔn)確度足夠的測(cè)量?jī)x器；計(jì)量的核心問(wèn)題是有夠格的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

強(qiáng)調(diào)有標(biāo)準(zhǔn)，是測(cè)量計(jì)量的正道；簡(jiǎn)單而易于實(shí)現(xiàn)。

-

以摩洛哥賭城命名的蒙特卡羅法，與測(cè)量計(jì)量對(duì)不上號(hào)。幾千次、上萬(wàn)次測(cè)量，誰(shuí)受得了？不實(shí)際采樣又怎能反映實(shí)際？況且，對(duì)于系統(tǒng)誤差，測(cè)量三次和測(cè)量三千次是一樣的，都是那個(gè)值，測(cè)量那么多次，不是自討苦吃嗎？又有誰(shuí)去干那等傻事呢？

-

最根本的問(wèn)題是：測(cè)量?jī)x器誤差范圍的主要部分是系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差僅僅是誤差范圍的一小部分。蒙特卡羅法再能，也僅能解決誤差范圍的一小部分，即隨機(jī)誤差部分。對(duì)占誤差范圍大部分的系統(tǒng)誤差，必須靠計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)比較、認(rèn)識(shí)、判別。

-

對(duì)測(cè)量計(jì)量來(lái)說(shuō)，蒙特卡羅法是條歧路。因?yàn)樗荒芴幚頊y(cè)量計(jì)量的主要誤差——系統(tǒng)誤差。

不確定度理論宣揚(yáng)在測(cè)量計(jì)量領(lǐng)域用蒙特卡羅法，其實(shí)是設(shè)置了一道難以逾越的難關(guān)。

-

《不確定度理論五大難關(guān)》全文完。歡迎批評(píng)，歡迎討論。

-