度量
度量（拼音：duó liáng，注音：ㄉㄨㄛˋ ㄌㄧㄤˊ，英语：measurement）[注 1]又称测量、计量[注 2]，是指对于一个物体或是事件的某个性质给予一个数值及单位，使其量化而可以和其他物体或是事件的相同性质比较[2][3]。度量可以是对某一“物理量”（如时间、长度、容量、重量等）的估计或测定，此时必须以某一标准或度量衡表示；度量也可以是其他较抽象的特质，例如给定一个“数学量”。
度量的过程为估计“某一数量的多寡”和“相同类型一个单位量的多寡”之间的比例，而量值即为此过程的数字结果，但必须加上计量单位体现为“数字加上单位”，其中实数数字为估计的比例；如：9米，其便包含物体长度和长度单位，即其与一米之间的比例，而9米的物理意义为距离，必须以多少米或多少英尺来表示。
一个完整的度量过程应包括四个要素：测量对象[4]、测量单位、测量方法[5]、测量精度[6]。
不像计数或整数个数的物体可精确知道其量值，每一次度量过程都是存在些许不确定性的估计。度量包括了：测量尺度（包括量值）、计量单位及测量不确定度三项。
度量是大部分自然科学、技术、经济学及其他社会科学中定量研究的基础，透过度量可以比较不同的量测，并且减少误会。有关度量的科学称为计量学。
广义上的测量
[编辑]在广义上，测量是应用及其广泛一种技术，并不局限于某一领域，也不能明确是从哪个行业发展而来的，因为人类自古就会测量。测量是人类探知自然界的主要手段之一，包括现代科技社会。
科学家钱学森曾指出:“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是关键和基础。”在当前世界各学科领域中，研究测量的学科是“计量学”。对测量的定义非常多，许多学科都从自己的角度给与定义，按照计量学的定义，测量是指：以确定量值为目的的一组操作。
目前这一定义在世界范围内是一致的。建筑测量、产业测量都只是测量的极小分支，或者说是测量在具体行业里的应用[7]。 测量（measurement）是一种行为，它是针对自然界的现象做量的认识，称为量化，这种过程我们称其为量测。应用量测的结果将可以让我们对自然界的现象能有更正确的认知。故量测的目标就是要获得标准值。
方法论
[编辑]一个性质的量测可以依以下几项来分类：度量类别、数量、计量单位及不确定性。
- 度量的类别是度量时对不同种类的数据，依据其尺度水平所划分的类别。例如二个性质可以用其比例、差值或是其名目值来比较。度量类别一般不会直接写出，但在说明度量程序中多半可以看出。
- 数量是指该性质对应的数值，一般会用适当的测量仪器来取得。
- 单位是人为设定的一个量，在实务上，类似一个数学上的比例系数，二个性质，不同单位的量测，可以根据单位的关系，转换为相同的单位再进行比较。
- 不确定性表示量测程序中的测量误差（包括随机误差及系统误差）。误差可以用重复进行相同量测来求得，也要考虑测量仪器的准确性与精密性。
标准
[编辑]如果不考虑少部分的量子常数，度量单位基本上可以任意选定。因此度量单位是约定俗成的，是由人们设定后，然后一社群有共识后开始使用。自然界在本质上没有规定一米的长度，也没有规定以英里为距离单位会比公里来的恰当。
不过在人类的历史上，为了方便及必要性，会演变出一些度量单位的标准，使一个群体有共同的度量基准。法律中一开始规范度量单位的目的也是为了防止商业诈骗。
今日的度量单位多半是以科学的基础上订定，并且受到政府或国际机构的监督。在1875年17个国家订定了《米制公约》，并且依公约设立了国际度量衡大会（CGPM）。最早米的定义是自地球北极到赤道之通过巴黎的子午线，期间距离的千万分之一，中间经过数次的更改，而在1983年时，国际度量衡大会重新定公义米是光在自由空间中1⁄299,792,458秒所行进的距离[8]，而在1960年时美国、英国、澳洲及南非也定义了国际码（international yard）为0.9144米。
在美国的度量单位管理是由美国商务部以下的国家标准技术研究所（NIST）负责。在英国则是由英国国家物理实验室（NPL），澳洲主管单位是国家计量研究院[9]，在南非是由科学和工业研究理事会负责，在印度是由印度国家物理实验室管理，在台湾是由经济部标准检验局以下的国家度量衡标准实验室管理。
单位及系统
[编辑]英制系统
[编辑]英制单位是一种源自英国的单位制，是从罗马帝国的度量衡衍生而来，曾在英国、大英帝国及美国等国家使用。原使用英制的国家中，大部分已转换为国际单位制，英国、加拿大及爱尔兰等国已立法将单位改为国际单位制，但日常使用仍常用到英制。而从英制单位演变而来的美制单位（又称美式英制单位）仍是美国及一些加勒比地区国家使用的单位系统。
上述不同的系统，之前曾依其长度、质量及时间的单位而统称为“磅－英尺－秒”系统，不过其中有许多单位是不一样的。例如英制的英吨、英担、加仑就和美式英制的单位有些差异。英国官方已将一些单位改为国际单位制，不过日常使用仍常使用英制，例如道路的标示仍使用英里、码及英里每小时等单位，以品脱为计算啤酒及牛奶的单位，以英尺及英寸为身高的单位，以英石及磅为体重的单位。许多英联邦的国家已改用国际单位制，但在许多商业交易中，土地及室内的面积仍以英亩或平方英尺来计算，而汽油也仍以加仑来计算。
公制系统
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公制系统是一个十进制的单位系统，以米及公斤为长度及质量的单位。不过因着其基本单位的不同，也衍生出许多不同的单位系统。自1960年起，国际单位制成为国际认可的公制系统。像电学中的电压、电流等都是用公制来表示。
公制系统会针对一些物理量订定基本单位，可由基本单位衍生出其他物理量的单位。除了时间以外的单位，其倍数及小数均以单位的十的乘幂来表示。若同一物理量的不同单位互相转换，只要乘以（或除以）10或100、1000……等系数，换句话说，只要移动小数点位置即可，因此单位相当的简单。例如1.234米等于1234毫米，也等于0.001234公里。类似2/5米之类的分数使用相当少见。公制系统虽有不同的单位系统，但任一系统中，长度或距离都是用米、毫米（千分之一米）或公里（一千米）表示，因此不会有类似英制，同一物体量的不同单位转换时，其转换系数较复杂不一致的问题。
国际单位制
[编辑]国际单位制（简称SI制）是从公制系统衍生的单位制，也是世界上最广为日常生活及科技应用接受的单位系统。国际单位制在1960年设置，参考了米-千克-秒（MKS）系统，而不是有许多变化形的厘米-克-秒制（CGS）系统。国际单位制在发展中也导入了许多新的，以往未列在公制系统中的物理量单位。七个原始的国际单位制如下[10]：
| 基本量 | 基本单位 | 符号 | 目前的SI制定义 | 新提议的SI制定义[11] |
|---|---|---|---|---|
| 时间 | 秒 | s | 铯-133的超精细分裂 | 和目前SI制相同 |
| 长度 | 米 | m | 真空中的光速c | 和目前SI制相同 |
| 质量 | 千克 | kg | 国际千克原器（IPK）的质量 | 普朗克常数h |
| 电流 | 安培 | A | 真空磁导率，真空电容率 | 电子的电荷e |
| 温度 | 开尔文 | K | 水的三相点，绝对零度 | 波兹曼常数k |
| 物质的量 | 莫耳 | mol | 碳12的莫耳质量 | 阿伏伽德罗常数 NA |
| 发光强度 | 坎德拉 | cd | 540 THz光源的发光效率 | 和目前SI制相同 |
国际单位制的单位可分为基本单位及衍生单位。基本单位是量测时间、长度、质量、温度、物质数量、电流及发光强度的单位，衍生单位则是由基本单位组合而成的单位。例如功率的单位瓦特可以用基本单位定义为m2·kg·s−3。也可依此定义其他物理量的单位，例如物质密度的单位kg/m3。
长度
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尺是用来量测长度或是绘制直线的工具，在几何、工程制图、工程等领域会都用到。不过也有只能量测长度、无法绘制直线的卷尺。图中的是二米的折叠尺，折叠后的长度只有20公分，可以放进口袋内，而长度五米的卷尺可以用在小房间的量测。
建筑交易
[编辑]澳洲的建筑界在1966年导入了公制，用来量测长度的单位为米（m）及毫米（mm）。为了避免混淆，避免使用厘米（cm）的单位。例如二米又五十公分的长度会记录成2500毫米或是2.5米，而不会用不标准的250公分[12]。
测量师的系统
[编辑]美国的测量师使用埃德蒙·冈特在1620年导入，以十进制为基础的量测系统。其基础单位是66英尺的冈特测链（1链），可以分为4杆，每杆16.5英尺，也可以分为100令，每令0.66英尺，令的缩写是lk。
时间
[编辑]时间是用来描述物体变化程度的抽象单位，时间的单位有小时、天、周、月、年等，更长的时间单位有世纪、千年等。时间单位也用来量测二个事件之间所经过的时间。
质量
[编辑]质量是所有物质都有的特性，和其抵抗动量变化的程度有关。另一方面，重量是指一物体在重力场中所受到的向下引力。英制的质量单位有盎司、磅及英吨，公制的质量单位则是公斤及公克。
量测质量的设备称为天平，将物质和已知质量的砝码比较，以确认其重量。弹簧秤量测物体受的重力，量测的其实是抵抗重量的力，不是质量。不过天平和弹簧秤都要在重力场下才有效。这类设备中最准确的是是由荷重计配合数位数字输出，不过仍需要在重力场下才有效。
经济学
[编辑]经济学中的度量包括实际的度量、名义价格度量及实际价格等。其差异包括所量测的事物，以及刻意排除影响的事物，例如实际价格就是排除通货膨胀后的价格。
度量的困难点
[编辑]精确的度量是许多领域的基础，因为所有的度量都需要近似，需要花许多的心力使度量准确。
例如，考虑如何量测物体从一米高度落下的时间：根据物理学可以证明，在地球的重力下，若不考虑空气阻力，落下的时间约只需要0.45秒。不过这个数字本身就有一些测量不确定度：
- 此处用的重力加速度为9.8米每二次方秒（32英尺每二次方秒），不过此数值只有二位数的精确度。
- 地球的重力加速度会随海拔及其他因素有些微的变化。
- 0.45秒的计算过程会用到平方根，计算过程也会牺牲一些精确度。
此外，也有可能有其他测量误差：
- 粗心。
- 如何确定物体开始落下及碰到地面的精确时间。
- 高度及时间的度量本身都会有误差。
- 空气阻力被忽略不计。
科学实验需要非常的小心，设法避免各种错误，并且合理的估计其误差。
定义及理论
[编辑]古典的定义
[编辑]依古典的定义，度量是确定或估算二个数量之间的比例，这也是物理科学的标准[13]。数量和度量二者互相定义，量化属性是指那些至少理论上可能被量测的量。古典理论有关量的概念可以回推到约翰·沃利斯及艾萨克·牛顿，也早在欧几里得的《几何原本》中就有相关的叙述[13]。
信息论的定义
[编辑]信息论认为所有资料在本质上都是不精确的，[来源请求]只有统计上的意义。因此度量是定义为“对于数值的一组观察，可减少结果的不确定性。”[14]定义中也隐含了科学家实际在量测时的作法：在量测时对一个物理量进行多次的量测，得到其平均值及统计特性等资讯。实务上，一开始可能会根据猜测的方式得到一个数值，后续再利用许多的仪器及方法，设定减少数值中的不确定性。这种理论和实证主义的表征理论不同，实证主义认为所有的量测都是不确定的，因此量测的结果不是一个数值，而是一个数值的范围，这也代表了有关估计和度量有时没有清楚的界限。确认量测误差的程度也是方法论中的一个基本面向，误差的来源可分为系统性及非系统性。
量子力学的定义
[编辑]在量子力学中，量测是指一个可确定物体的位置、动量及极性（只针对光子）等的行为。在量测前，物体的波函数可表示其量测结果为不同值的几率，但量测后波函数塌缩，因此结果只有一个值。量测问题在量子力学中的意义是量子力学的基本未解问题之一。
相关条目
[编辑]备注
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 存档副本. [2022-03-13]. （原始内容存档于2022-03-13）.
- ^ Pedhazur, Elazar J.; Schmelkin, Liora Pedhazur. Measurement, Design, and Analysis: An Integrated Approach 1st. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates. 1991: 15–29. ISBN 0-8058-1063-3.
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- ^ 王运元, 理查曼. 測量學概要: 6版. 鼎文书局. 2012: 8–9. ISBN 9789574793426.
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- ^ about National Measurement Institute. [2017-01-04]. （原始内容存档于2021-03-22）.
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