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從測不準(zhǔn)原理到測量不確定度

為了評定測量結(jié)果的質(zhì)量如何，要用測量不確定度來描述。ISO/IEC導(dǎo)則25指明實驗室的每個證書或報告，必須包含有關(guān)評定校準(zhǔn)或測試結(jié)果不確定度的說明，當(dāng)我們給出測量結(jié)果時，應(yīng)根據(jù)需要給出測量不確定度。本文從歷史的角度簡單介紹從測不準(zhǔn)原理到測量不確定度的使用過程。

1927年，德國物理學(xué)家海森堡（Heisenberg·Werner，1901—1976）提出了測不準(zhǔn)關(guān)系，即測量一個微粒的位置時，如果不確定范圍是ΔX，同時得出其動量也有一個不確定范圍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。

這個測不準(zhǔn)關(guān)系表明，如果要對物體的動量進(jìn)行非常精密地測定，即ΔP→0，那么位置就非常不確定，即ΔX→∞。反之，要位置精密測定，動量就非常不確定。

測不準(zhǔn)關(guān)系同樣存在于能量與時間、角動量與角位移之間。測不準(zhǔn)關(guān)系是一個普遍原理，凡是經(jīng)典力學(xué)中共軛的動力變量之間都有個關(guān)系式。測不準(zhǔn)原理是物質(zhì)的客觀規(guī)律。對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，又同時知道它的動量確定值。對微觀物體位置的描述是說它處于某一位置的幾率，在它可能出現(xiàn)的空間中，有一個位置幾率的分布，符合統(tǒng)計物理規(guī)律。

在海森堡提出了測不準(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，各國計量部門也逐漸使用不確定度來評定測量結(jié)果，由于對不確定度的分類、處理和表述有許多爭論，使用方法也多種多樣、比較混亂，使得各國在相互利用成果時極為困難，并給各國測量結(jié)果的比較帶來不便。

1980年，國際計量局在征求各國意見的基礎(chǔ)上，提出了不確定度建議書INC-1（1980），基本上對其作了完整的描述。1993年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織等7個國際組織共同發(fā)表了《測量不確定度表達(dá)指南》（簡稱《ISO指南》），對不確定度的評定與表示有了統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，并使不確定度的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個新階段。

測量不確定度的定義為：測量結(jié)果帶有的參數(shù)，用以表征合理賦予被測量的值的分散性。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。這是一個完全可以操作的最新定義，將測量結(jié)果的分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分為A類或B類進(jìn)行評定，它們合成后即可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，于是表征測量結(jié)果的參數(shù)——不確定度即可求出。

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