在繼續探究『溼度』感測器原理之前,先行了解『感知自然』是否可能存在『極限』,也許可以擴大且加深對『自然科學』之認識。知道『事實』、『實驗』…形成『假設』……到完成『學說理論』的歷史過程,說明了『實驗』是驗證『科學』最重要的『方法』,而『量測』當然就成為根本之『核心精神』。因此明白『量測』的基本概念及其『原則』,非但十分必要,也是減少『誤解』之法門的耶!?或許有時『論辯真理』不失為積極參與『知識對錯』有益之途徑,何不直援引國立臺灣師範大學 ntnu 一篇文章的『開場白』作為討論的起點呢︰
物理是個實驗科學,免不了要從事測量。很多同學常常疑惑的是
- 不知道如何正確的分析與處理實驗的數據。
希望本單元能對你(妳)有所幫助!
為了減少本網頁篇幅,歡迎繼續參考 物理實驗 相關網頁。
誤差 = 測量值 – 真值
- 談實驗數據往往會先談到 誤差的定義。於是出現了上面的式子。
誤差 就是 所測得的數值 與 被測量物理量 真正數值之間的差別。
好像很有道理,又好像在講廢話!
- 先想一想,為什麼我們要從事測量?(才能有測量值!)
如果 我已經知道 想測量的物理量的真值,我為什麼還要去測它?
難道就為了要 知道測量的誤差嗎?
就是因為不知道 物理量的真值才要測量。
那! 誤差的定義 又有什麼用呢?
實驗數據的處理與分析
- 便是想運用統計的方法,
讓我們從多次的測量數據中,估算出 最接近 真值 的數據。
也就是我們所想要的測量結果。並藉由 誤差的分析,讓我們瞭解
我們所做的估算,可信度有多高!並探討實驗誤差的可能來源。
拿一杯開(茶)水或咖啡,以下可有好一陣子讓妳(你)想一想的!
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為了解析『誤差 = 測量值 – 真值』到底有沒有說些什麼之大哉問? ?就讓我們串講『度量』的始中終吧!如同
《觀測之『測天文』》文本所說,
人們通常混淆了『儀器』與『度量』的根本之不同,因是之故,認為『更好』的儀器就一定能發覺『更多』的『差異』。事實上並不是『這樣』的;其實是因為人的『疑惑』,才會使人們開始了『觀測』,『意圖』明白人事物是否有個『法則』,於是一再的『改善』工具,希望『知道』更『全面』的『深』和『精』,並使之都能『符合』著已知的『質』與『量』。也就是說就一個『儀器』而言,只能講這個『度量』是『精確』的嗎?能不能夠『藉此』做出什麼是『有效沒效』的『結論』罷了!!
那麽人類最早的『儀 器』又是什麼呢?也許自當是『人的感官』── 眼耳鼻舌身 ── 吧!或許就是因為 離人太近就在人的體表,所以就不把它當成是一種度量的『設備』了,然而事實上『科學之旅』正是自此開始!!
近年臺灣有一位知名的地球物理學家趙丰先生在『科學人』雜誌上發表了一篇名為『燭龍︰千百世代的古今奇緣』,這篇文章論證著『山海經』未必是純屬『神話』,它上面寫的『蠋龍』就是今天所熟知『北極光』之『肉眼』所觀的形象之描繪啊!!就像屈原在《楚辭·天問》中也會想問︰『西北闢啟,何氣通焉?日安不到,燭龍何照?』。
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雖然人類很早就開始『觀天測地』,但是談到如何建立『度量衡』之『法則』,依舊『觀點』尚且混沌未明的也。所以才會發生
《亞里斯多德之輪!!》之悖論的乎??
公 元前三八四年亞里斯多德出生於色雷斯的斯塔基拉,他是哲學家柏拉圖的學生與亞歷山大大帝的老師。他一生著作豐富,囊括了物理學、形上學、詩歌、戲劇、音樂、 生物學、動物學、邏輯學、政治、政府、以及倫理學,乃西方哲學的奠基者之一。亞里斯多德的物理學思想深刻的重塑了中世紀的學術思想,其影響力之大延伸到了 文藝復興時期,終被伽利略所改寫 ,後為牛頓物理學所取代。
傳聞亞里斯多德著作了一本『 Mechanica or Mechanical Problems; Greek: Μηχανικά 』之力學書,這個『亞里斯多德之輪』 的悖論就是出自這本書。滾動一個圓狀物,用它在平面上運動的『軌跡』就可以測量『圓周長』,這本是平凡無奇。但是左圖的動畫卻顯示, 大小二圓顯然走了一樣的『距離』,難道它們的『圓周長』一樣的嗎?由歐基里德的幾何學可以知道圓周長等於『 π ‧ 直徑』,這到底是怎麼回事呢?很清楚 ,難道不是這樣的嗎?一六三二年伽利略用義大利文撰寫了一部天文學著作,英文譯作『關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話』。在『第一天』的對話裡,他談到了『亞里斯多德之輪』︰
SALV. Otherwise what? Now since we have arrived at paradoxes let us see if we cannot prove that within a finite extent it is possible to discover an infinite number of vacua. At the same time we shall at least reach a solution of the most remarkable of all that list of problems which Aristotle himself calls wonderful; I refer to his Questions in Mechanics. This solution may be no less clear and conclusive than that which be himself gives and quite different also from that so cleverly expounded by the most learned Monsignor di Guevara.*
First it is necessary to consider a proposition, not treated by others, but upon which depends the solution of the problem and from which, if I mistake not, we shall derive other new and remarkable facts. For the sake of clearness let us draw an accurate figure. ……
……
經由伽利略分解論證的說,是否『物理量』不得不是個『實數』 Real number 的呢!!
之後撐起了經典物理『時空連續體』的大廈,
《【Sonic π】電聲學之電路學《四》之《 !!!! 》下》,為
『相對論』奠定了基石。
『運動是第一義』它意指什麼的呢?如果考察人們對『時間』的『認識』,總離不開對物體『運動』的『觀察』。之前在《時間是什麼??》一文裡,我們談到了『古典物理』是以『牛頓第一運動定律』所指稱的『慣性座標系觀察者』之『時空觀』為『基礎』的。『牛頓』假設『存在』一個對所有的『慣性座標系』中『觀察者』都『相同』並且『恆定恆速』的『時間之流』,自此『時間』就成為『第一義』的了。也就是說如果『□觀察者』說『兩事件』『同時發生』,『○觀察者』也講那『兩事件』『同時發生』。因而『第一運動定律』── 假使沒有外力作用,靜者恆靜,動者作等速直線運動,在『第二運動定律』的強大光芒『覆照』下,反倒顯得晦暗不明的了,宛如是個『力等於零』的『特例』一般。於是『速度』 的『定義』 與『相對速度』是 的『兩』個『慣性座標系』彷彿是『同義語』。殊不知這個『相對速度』是『兩』個『觀察者』之『互見』,而且『運動方向』相反,並不能『自見』的啊!要是說果真能夠『自見』又豈會自己『無法度量』的呢?於是乎有『無窮多』個『慣性觀察者』各以『無限種』之『相對速度』『運動』,然而他們所『觀察到』的『自然律』都是一樣的,這就是『慣性』的『本義』。其實『觀察者』之『概念』有一點像『抽象擬人化』的說法,比方說,一個『對我而言』運動中的『粒子』,在『粒子』自己的『慣性座標系』裡,『自然律』一樣的『適用』。如此『對我而言』可用『我的時空』將那個『粒子』標示在『我的時空圖』 上,一個與『粒子偕行』相對『靜止』的『觀察者』,就把『我的運動』畫在『他的時空圖』 上的了。這個『互為動靜』的『論述』就是『相對運動』的『實質』,並不存在『絕對運動』的啊。所以『我說』『那個粒子』在 『時刻』『接近』 『位置』,當 『時』『到達』 『處』,於 『之後』『離開』 『之地』,『我』將此『等速運動』歸之於『粒子』的『運動慣性』;那個與『粒子偕行』相對『靜止』的『觀察者』亦將此『等速運動』歸之於『我』的『運動慣性』,這就是『運動』之『慣性』的『第一義』。所謂『飛鳥之景未嘗動也,鏃矢之疾而有不行不止之時』是不了解『慣性之意』『跳躍』於『互為動靜』之間,事實上對『任一方』而言,那個『相對運動』都是『存在的』,根本不會有『瞬時速度』存不存在的問題,所以才名之為『慣性定律』︰ ,或者比喻的說︰在牛頓力學裡,沒有任何東西能夠阻擋『恆定恆速』之『時間之流』的啊!!
當『愛因斯坦』假設了『光速』對所有的『慣性觀察者』都是『一樣的』之後,引申出了『同時性的破壞』、『運動的鐘會變慢』、『運動的尺會縮短』…等等的『大哉論』,人們開始恍然大悟所謂的『相對』、所見的『運動』…之種種必須以『量測方法』為依據,面對『大自然』的『事實』並沒有『純粹思辯』所得之理『一定對』之『位置』的吧!
如果從『伽利略變換』如何『觀察』這個『相對性』的意義的呢?假設以『□觀察者』 為『靜止』,『□觀察者』見『○觀察者』 以『速度』 向右運動,假使他們彼此能『交換資訊』,同意兩者的『原點』相同,那麼他們對『時空現象』或者說『事件』的『位置‧時間』描述滿足
。『□觀察者』的『原點』 對『□觀察者』是『靜止』的,然而對『○觀察者』而言,是 和 ,它以『速度』 『等速向左』 運動。其次對於『□觀察者』而言,所發生的『同時兩事件』 與 ,對『○觀察者』而言,是 和 也是『同時的』。既然『運動是相對的』,假使我們以『○觀察者』為『靜止』,來作個『伽利略變換』的『物理檢驗』, 那麼 當是應該的了。也就是說 ,讀者自己可以『確證』 它的『正確性』。也可以說『物理之要求』不得不決定了『數學的表達式』的吧!,所謂的『自然律』並不『必須』要『滿足』這種或那種『數學』的耶!!如果說『○觀察者』觀測某一個『星辰』 用 的『速度』向右『直線運動』,那麼這一個『星辰』相對於『□觀察者』的『速度』是什麼的呢?『直覺上』我們認為既然『★ 對 ○ 是 w 向右,○ 對 □ 是 v 向右』,那麼『★ 對 ○ 該是 w + v 向右』的吧!我們可以用『伽利略變換』計算如下
,
,果真是『符合直覺』的勒!!
假使這些『考察』改用『狹義相對論』的『勞侖茲變換』
來看的呢?
讀者自可『證實』除了『原點』之外,『同時性』因為有著 『位置相關項』的『存在』而被『破壞』了;然而物理所要求的『相對性』 依然成立。那個『相對速度』之『加法』就顯然非常『違反直覺』的成了
。如果將『速度加法』 定義為 的話,那麼 這又能有什麼『不對』的嗎?因是之故,『狹義相對論』所帶來的『困惑』遠勝於『運動之不可能性』,反倒以為『運動』果真能是這種『現象』的嘛!!
───
因此人們的理念深入了自然『實在』,清楚什麼是『量測』,追求減少『誤差』的來源,規劃『理想度量』之情境 ──
假使能將『物理系統』彼此間的『交互作用』作『極小化』,若是可把『實驗設計』連『相互影響』都一並考慮了。──
我們應該就能『度量』物理量之『真值』的了!!如是所謂之
『誤差 = 測量值 – 真值』『恆等式』
,這個『普通物理』之概念,它代表『真值存在』的『信心』。它表達物理量『量測』之數學『不等式』,
,我們的確知道『真值』的『界線範圍』在哪裡!!??
不過誰曉得『擲骰子的上帝』,祂敲醒了愛因斯坦『想象實驗』之美夢的耶??!!