真值废立之争-误差与不确定度辨析(6)

  史锦顺 · 2012-03-08 08:45 · 80134 次点击

**真值废立之争**-**误差与不确定度辨析(6)**
史锦顺
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**（一）本文的真值观**
不确定度论与误差理论的根本分歧是对“真值”的态度。
误差理论认为测量的目的是取得准确度够格的测得值。准确度就是误差范围，也就是说测量的目的是得到误差范围满足要求的测得值。误差范围是测得值与真值的差距的衡量。误差范围由误差元构成，误差元等于测得值减真值。
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VIM-2008版说：误差论者认为测量的目的是获得尽可能接近真值的测得值。此话对精密测量来说，表述正确。VIM又说，不确定度论者认为，测量目的是得到测量仪器给出的在合理区间的值。笔者愚钝，百思难解其义。最后判断为：离开真值概念以及由它衍生的误差概念，没法说清与测量有关的问题。
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真值概念是误差理论的核心。真值是客观存在，真值是可认识的。真值是误差理论的基础，是根本，是出发点。
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不确定度论的基本思路是就观测的值论测得的值。不确定度论否定真值的可知性，否定误差的可表达性，从而否定误差理论。不确定度论的目的是推翻误差理论，以便由不确定度论取而代之。
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**（二）不确定度论否定真值的言论**
GUM2008版《JCGM100:2008(GUM1995withminorcorrections)Evaluationofmeasurementdate–Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement》
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E.5.1ThefocusofthisGuideisonthemeasurementresultanditsevaluateduncertaintyratherthanontheunknowablequantities“true”valueanderror.
**本导则的着眼点是在测量结果及其评定的不确定度上，而不是不可知量“真”值和误差**。
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E.5.4Indeed,thisGuide'soperationalapproach,whereinthefocusisontheobserved(orestimated)valueofaquantityandtheobserved(orestimated)variabilityofthatvalue,makesanymentionoferrorentirelyunnecessary.
**事实上，在本导则的使用方法中，着眼点是量的观测的（或估计的）值和该量值的观测的（或估计的）变动性，完全不必提及任何误差。**
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以上两段原文（英文版）是复制的，不是抄写的，保证任何字母、任何符号都和原版相同。在GUM与VIM的各版本中，还有多处类似的话，就不多举了。总之，否定、废弃真值概念是不确定度论的根本立足点。很显然，不否定真值概念，就不能否定误差理论，就不好推行不确定度论。不否定真值概念，就没有不确定度论存在的理由。
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**（三）否定真值是错误的**
测量计量的对象是量。量是什么？
VIM（国际通用测量学名词术语）的第一版（1984）的第一条、第二版（1993）的第一条，都是关于量的定义。量是“现象、物体或物质的可以定性区别和定量确定的一种属性。”
量是可以定量确定的。真值就是量的实际值、客观值，真值必然是可以定量确定的。可以定量确定，当然是可知的。这是测量计量学开宗明义的最基本的观点，是一切讨论的出发点。
GUM说它的着眼点是量的观测值，而不是不可知量真值和误差。这是不确定度论的根本错误。真值（实际值）是客观存在；测得值是对真值的认识，是对客观存在的认识。怎能抛开客观存在而就认识去评价认识呢？
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一件大案、疑案，经几个法院审判。各有审判结论。如果评定法院判决的正确性、公正性，凭什么去评定？不能只看案卷，而要考察案件真情。这叫做“以事实为依据”。抛开案情，何谈公正？
几个记者报道同一事件而说法不一。编辑部要考核记者，读者要评价记者。考核与评价的标准是什么？最基本的是看谁的报道最符合实际情况。
谈测量而回避真值，就好比谈法院判决而回避案件真情、评价新闻稿而回避事件真情。
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十分明白，不确定度论否定真值、否定误差，是错误的。不确定度论的诸多问题，皆源于此。
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**（四）言行不一致**
GUM宣称“完全不必提及任何误差”。实践中行得通吗？不行的。不确定度的样板评定中，都要用到所用仪器的指标“最大允许误差”。推行不确定度以来，谁评定测量不确定度，都要用仪器或标准的误差指标。实际的情况是，“不提及误差”，就一个不确定度也评定不出来。
信誓旦旦地说不提误差，实际还要用误差，逻辑不通啊。
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**（五）说法不一致**
《JCGM100:2008》（即GUM2008版）否定真值，而同一个国际组织JCGM（八个国际学术组织组成的“计量学指导联委会”）同一年出的国际规范《JCGM200:2008》(即VIM2008版)，却几处用到真值概念。二者说法严重不一致。这说明国际组织内部，也存在真值废立之争。
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VIM2008版说，对物理常数来说，存在单一真值；在标准的不确定度可略时，存在事实上的单一真值。在包含区间、包含概率的条款中也用了真值的概念。要肯定，这是重大进步。但是，这却与不确定度论的基本立场相悖了。内容走向正确，而逻辑上又讲不通了。走在不确定度的路上，左也难行，右也难行。

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9 条回复

1040169858 2012-06-24 17:25: 无论人们承认与否，“真值”却是客观存在的，人们所以努力追求制造更高精确度的计量仪器，都是争取获得“真实的‘值’”。

昨日之星 2012-04-02 18:31: 首先，不确定度是表述测量结果的可信性，而不是表述测量误差的可信性。不确定度与误差是并列关系，共同描述测量结果的品质。误差描述测量结果离真值有多远，表述测量结果准不准的程度。不确定度描述测量结果在多大的范围内值得我们相信，表述测量结果可信的程度。因此，老师说的两种含义，第一种含义是正确的，第二种含义不是不确定度的含义，不确定度的含义是唯一的。
关于老师的例子，我不懂时间频率计量，没有办法评说。但是我认为老师仍然是围绕着测量结果“准确性”来评价不确定度，不确定度不是描述测量结果的准确性的指标。用“准确性”的指标去解释“可信性”指标的含义，因此无论如何，肯定是无法解释通的。

quantong 2012-03-27 10:07: 福州泉通电子系港资企业成立已有十余年的历史。历年来以专业、优质、高效的服务态度来满足客户对显微镜的不同需求。显微镜数码升级；应用于传统显微镜无成像系统进行无缝改造，使其升级为数码显微镜，应用于学校显微镜数码互动教室、研究所等领域。
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史锦顺 2012-03-26 18:36: 昨日之星发表于 2012-3-26 15:28
GUM宣称“完全不必提及任何误差”，并不是否定误差的存在，并不是否定真值的存在。
这句话的内在含 .

仔细看了你的帖子。
你帖中谈了些与我不同的观点，这很好，谈出不同的观点，才好通过讨论，提高认识。
为了揭露不确定度论的问题，我已写了18评、18论，三评样板评定等，现在又写《辨析》系列杂文。我建议你读一下那18评和18论。本网上都有。在“计量交流”那个栏目中都可找得到（大致第18页）。下面复印我的杂文《四不像——十四论不确定度论》的一段，供你参考.
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四不像，本是一种动物名称，又用来比喻不伦不类的东西。
四不像这种动物的学名叫麋鹿，是原产于我国的稀有动物。19世纪末被外国掠走，此后，野生的一度绝迹。二十多年前，国外送回三群，随后重新在我国形成野生种群。四不像者，像又不像。头脸像马，角像鹿，尾像驴，颈像骆驼，但从整个来看，又哪一种动物都不像。
本文以四不像来比喻不确定度论，有人可能反感。莫急，听我慢慢说。
什么是不确定度？回答起来很难。我们从名称、含义、定义、包含对象四方面来考察。
……
第二不像——含义
不确定度论说它讲究的是不可信的程度。这又是个似是而非的说法。人们在测量计量上信不信的说法有两种含义。
第一种含义是对测量结果的数据信不信，比如说测量黄金手镯，用杆秤和天平都可以测量，但人们相信天平，而不相信杆秤，因为天平准，即测得值误差小，而杆秤测得值误差大。
第二种含义是测量结果标示的误差范围（或量值的包含范围）的可信性。
不确定度论正是在这两种可信性上，混淆、懵人。
不确定度论讲可信性，在引入不确定度概念时，好像讲第一种可信性，但虚晃一枪，并不给出不确定度是不可信性的相关定义，连如何称呼都不说。我们知道，可信性是要表成1-α的形式的，把不确定度当做不可信度α吗？试试看：一台普通的频率计很易达到西格玛为1E-6，难道能称其为可信性99.998%（取k=2），或失误率为0.002%吗？显然不能。
GUM在讲置信系数、置信区间、置信概率时（VIM的讲法是包含系数、包含区间、包含概率），才正式的讲可信性。原来可信性是关于区间（包含区间）的量，取k=2 ，区间半宽为2σ，置信度（可信度）是95.45%，而不可信度是4.55%；若取k=3，则可信度为99.73%，而不可信度是0.27%。可见，科学的、统计意义上的可信度，仅是置信系数k的函数。k小则可信度低；k大则可信度高。可信度与具体仪器性能即σ无关。（仅与区间半宽对σ的比值有关。）
有趣的是科学的可信度与日常人们对测量的信不信恰恰相反。对同一台仪器，σ是一定的，取k大，则误差区间（包含区间）大，则可信度高。也就是，对特定的仪器，把误差范围说大，可信；把误差范围说小，不可信。
不确定度论说它讲究的是不可信的程度，其实不是；它明明是在讲误差，却因那不难理解的原因，而排斥误差。
有个有趣的例子是河南省计量科学院开出的证书，对仪器的检定结果是：
不确定度（准确度）：++++++
就是说，河南省的文件（检定证书有法定效力），把不确定度当做准确度。（上级让叫不确定度，而检定人员明知这是准确度，又不许叫准确度，只好这样写。）而不是写那个似是而非的可信性。
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再具体看看中美两国关于铯原子基准指标的给法。
第一条消息
中国继法、美、德之后于2003年自主研制成功NIM4铯喷泉原子钟。频率不确定度5E-15。
第二条消息
2007年2月27日，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。这次大会奖励共计329项，其中，国家科技进步一等奖20项。中国计量科学研究院“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖。经过实验测试和评估，我国最新一代时间频率基准“NIM4激光冷却一铯原子喷泉时间频率基准”频率准确度达到5×10^-15，相当于600万年不差一秒，达到世界先进水平。
第三条消息
NIM5铯原子喷泉时间频率基准通过专家鉴定（科技日报 2010年12月08日）。NIM5可搬运激光冷却—铯原子喷泉时间频率基准，达到性能指标：频率不确定度达到2×10^-15，把我国时间频率基准的准确度提高到1500万年不差一秒。
第四条消息
The present combined standard uncertainty for NIST-7 is 5E-15.
当前（大概是1993年），NIST-7（美国铯束原子频率基准，1993-1999）的合成的标准不确定度是5E-15.
第五条消息
The uncertainty of NIST-F1 is less than 2 x 10^-15, which means it would neither gain nor lose a second in 20 million years!
NIST-F1（1999-2001）的不确定度小于2 x 10^-15,这意味着2000万年不差1秒。
第六条消息
NIST-F2 is a caesium fountain atomic clock .The clock will replace NIST-F1, a caesium fountain atomic clock used since 1999. NIST-F1 has a fractional inaccuracy of less than δf/f < 5 × 10−16, the planned performance of NIST-F2 is δf/f < 1 × 10−16.（13 April 2011）
2011年4月13日消息：NIST-F2铯喷泉原子钟将代替从1999年开始应用的NIST-F1铯喷泉原子钟。NIST-F1的相对不准确度为δf/f < 5× 10^−16,而NIST-F2的设计指标是δf/f < 1 × 10^−16。
看了以上六条消息，我们比较一下。原来中国、美国的原子频率基准的性能指标，或者用准确度表示，或者用不确定度表示。我们明显地看出，在中国，不确定度就是准确度；而在美国，不确定度就是不准确度（准确度的反说法）。两国为了说明什么是不确定度，都讲了多少多少年才差一秒（那是准确度的通俗比喻，只有承认不确定度就是准确度才能推导出时差频差关系式，即相对时差等于相对频差）。不同的是十年二十年前，美国人称不确定度，现在改为称不准确度，明显地由不确定度论派走向误差论派；而中国本来称准确度，现在却称不确定度，标示已由误差论派倒向了不确定度论派。
真奇怪，美国NIST推销的不确定度论，严厉禁止用“不准确度”一词，而就是同一个NIST,各类标准中的最高标准，现在公然用“不准确度”一词，说明真理的力量是无穷的，是压制不住的。
有人理解为：误差讲准确性，不确定度讲可信性。如果此说成立，上6例中，每一次公布都应该同时写两个指标；其实不然，表征原子钟水平的是一个指标，不确定度或准确度，写了一个就不能写另一个。……
以上中美两国关于原子钟指标的给法，说明不确定度就是用来取代准确度（或称不准确度）的，至于GUM所说的不确定度是可信性的说教，是似像而不像的、似是而非的瞎扯，不是其真实意图，更不是事实。不确定度论的本意是颠覆人们长期来形成的对误差理论的信任，以便由不确定度来取而代之。
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昨日之星 2012-03-26 15:28: GUM宣称“完全不必提及任何误差”，并不是否定误差的存在，并不是否定真值的存在。
这句话的内在含义是在谈及不确定度时，千万不要和误差纠缠在一起分不开，就好比不要把物体的重量和体积分不开一样。物体的重量和体积虽然都用来评价物体所含物质的多少，但是毕竟不是一回事，如果要联想，那是需要一个叫“密度”的系数d＝P/V（其中P为物体重量，V为物体体积）来建立联系的。同样不确定度和误差都是用来评价测量结果品质的，但毕竟不是一回事，如果要相互联想，那也是需要一个叫测量能力指数Mcp＝T/2U或者准确度系数K＝U/T来建立联系（其中T为允许误差限，U为扩展不确定度）。
因此GUM说“本导则的着眼点是在测量结果及其评定的不确定度上，而不是不可知量‘真’值和误差”，就是说GUM研究的着眼点是测量结果及其不确定度，并不研究真值和误差，真值和误差另有专门理论加以研究。这是在提醒大家在研究不确定度时千万不要还抱着误差不放，否则就会把不确定度与误差搅成一锅粥了，无法进行不确定度的研究。这就像研究物体体积却仍然抱着研究物体重量的方法不放，是没有办法研究物体的体积一样。

昨日之星 2012-03-26 14:49: 无论误差还是不确定度都离不开“真值”，误差和不确定度都不否定“真值”。
被测量的“真值”是客观存在着的。但是因为测量误差的存在，无论测量人员水平有多高，使用的测量设备精度多好，测量环境条件控制多严密，测量方法多科学，定义中的真值的确是无法获得的。人们只能无限接近真值，得到的测量结果只能无限趋近于真值。这就是科学进步是无止境的魅力所在。因此和“真理”是相对的，是人们不断追求的目标一样，“真值”也是相对的，真值是计量界孜孜追求的目标。一个测量结果可能是另一个测量结果的真值，也必然还存在着另一个测量结果是它的真值。所以人们提出了另一个概念“约定真值”，把准确度相对较高的测量结果约定为准确度相对较低的测量结果的真值。
测量结果是测量活动的产品，是产品就存在产品质量高低之分。评价测量结果这个产品质量高低有两个指标。一个是描述准确程度的指标“误差”，误差越小测量结果越准确。另一个是描述可信程度的指标“不确定度”，不确定度越小测量结果越可信。一般来说越准确的测量结果越可信，反之亦然。
但是绝对化那就大错特错了，准确的测量结果未见得就一定可信，可信的测量结果也未见得就一定非常准确。严格来说应该是，具有一定准确性的测量结果是在一定的可信区域内值得我们相信，超出了这个可信区域，即便是准确的测量结果也是不可信的了。
例如汽车发动机活塞直径测量结果要让我们相信必须具有很高的准确性，而茶杯直径的测量结果虽然并不十分准确，我们还是相信的。不确定度就是告诉我们一个测量结果只能用于某个可信区域范围内，超过这个区域使用这个测量结果，势必变成谬论，势必会带来机毁人亡和重大质量事故的风险。

kyio 2012-03-15 23:04: 进来学习一下

xiao_nan999 2012-03-13 19:36: 谢谢分享，很好，收藏了~

yunger 2012-03-11 20:55: 真值的研究不会没有意义的，不过不确定度的研究更为实用些。

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