Концепция измерения

3.3. Концепция измерения

Сущность этой концепции проста. Измерение есть неотъемлемый компонент научного познания. По отношению к макрообъектам измерение может быть проведено с любой заданной точностью, кроме нуля. В микромире в силу принципа неопределенности точность измерений ограничена квантовыми законами. Рассмотрим подробнее.

Цель любого измерения - нахождение значений величин, характеризующих объект или явление. Само измерение есть последовательность экспериментальных и вычислительных операций. Сущность измерения - сравнение измеряемых величин с эталоном. Измеряемые величины могут быть самыми разными. В тестовых методиках, например, при проведении ЕГЭ, измеряется количество информации, усвоенный учеником; эталон при этом заранее не известен, он определяется как некая статистически средняя величина. Конечно, ЕГЭ - это не совсем наука, в этом эксперименте очень много «благих намерений». В гуманитарной сфере деятельности измерение

Концепции научного познания чаще всего следует трактовать как оценку величин, не имеющих четкого определения.

В естествознании концепция измерения отработана лучше [31]. Как правило, здесь речь идет о четко определенных физических величинах. В физике это длина, масса, промежуток времени, электрический ток, температура, количество вещества, сила света и производные от них. Для этих величин созданы эталоны, первичные и вторичные; их дефиниции положены в основу систем единиц. В СИ это соответственно метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. Для измерения плоских и телесных углов применяются безразмерные единицы радиан и стерадиан. Теория измерений в естествознании обширна и интересна. Измерения бывают прямые и косвенные. Например, измерение диаметра проволоки микрометром -это прямое измерение. Объект непосредственно сравнивается с эталоном. Определение плотности физиологического раствора ареометром - тоже прямое измерение, а вычисление той же плотности через измерение объема и взвешивание - косвенное. Все развитие измерительной техники связано со стремлением к «прямым отсчетам», с меньшим объемом косвенных вычислений. Но достигается это за счет усложнения самой измерительной техники, в том числе и с переходом на цифровую индикацию. В большинстве химических и биологических экспериментов измеряются те же величины, что перечислены выше. Через них вычисляются значения специфических величин.

Будем считать, что во всяком естественнонаучном эксперименте фиксируется какая-либо физическая величина, но не в своем истинном значении, а в тех условиях, в которых проводится данный эксперимент. Физическую величину, взятую саму по себе, принято называть «наблюдаемой», а условия эксперимента - состоянием системы. Следовательно, «состояние» - это и сам изучаемый объект, и все его окружение, включая измерительные приборы и наблюдателей. В рамках такой трактовки получается, что любой эксперимент сам по себе уникален, так как система живет, и абсолютно точно воспроизвести состояние невозможно. При повторении опыта несовпадение результатов может произойти либо от того, что изменяется либо сама «наблюдаемая», либо состояние в результате неконтролируемых внешних воздействий. Таким образом, при повторах результаты непременно будут отличаться друг от друга, за редким исключением дискретных множеств. Но само повторение опытов практически обязательно, прежде всего для создания уверенности многих (или всех) возможных наблюдателей. Результаты экспериментов мы представляем в виде некоторого среднего значения. Как правило, эксперименты повторяются также при контролируемом изменении состояния системы.

Для нас существенно следующее. Средство измерения (прибор) - это всегда макроскопический объект, иначе его не ощутит наблюдатель. Мы имеем дело с «линейками», весами, секундомерами, термометрами, станциями слежения за КЛА и другими системами, состоящими из приемников информации («датчиков»), каналов её передачи и отсчетных устройств. Б макроскопическим («классическом») естествознании молчаливо принимается, что предела для повышения точности нет, и все воздействия прибора или погрешности отсчета могут быть сделаны пренебрежимо малыми. Для этого объект должен быть стационарным, то есть его свойства и характеризующие их физические величины не должны изменяться в ходе эксперимента. Иными словами, влияние измерительного прибора на объект должно быть контролируемым воздействием. Мы не можем сделать электрическое сопротивление электротехнического гальванометра равным нулю - тогда он не сможет измерять. Но мы можем сделать его очень малым и математически учесть те возмущения, что вносит гальванометр в работу электрической цепи. Иначе обстоит дело при измерениях в микромире. В квантововероятностном представлении прибор все равно останется макрообъектом. Достаточно представить себе размеры коллайдера. Но в самом акте измерения система «прибор + наблюдатель» всегда изменяет состояние объекта, причем неконтролируемым образом. При этом выведенная наружу

Концепции научного познания информация не адекватна тому состоянию, которое возникло в объекте в результате воздействия измерительной макросистемы. Поэтому разброс значений в серии принципиально неустраним, поскольку отделить объект от прибора невозможно. Но прибор остается необходимой вещью. Рассмотрим измерение координаты макротела. Например, металлического шарика или споры ликоподия с предполагаемым диаметром около 10 мкм. Для измерения мы должны направить какой-то сигнал и получить ответ. Самое наглядное - осветить шарик и линейку и по отраженному свету получить информацию о положении шарика относительно линейки. При этом мы предполагаем, что падающий на шарик свет ничего не изменят. Шарик где был, там и остался. Если же мы попытаемся повторить то же самое с «шариком» из микромира, например с атомом, результат будет принципиально иным. При ударе кванта света «микрошарик» отскочит. Для него квант света - все равно, что для ореха удар молотком. Не вдаваясь в подробности взаимодействия квантов электромагнитного излучения с атомами, мы на основании принципа неопределенностей можем утверждать, что «отскок» атома будет неконтролируемым. Куда и как быстро «отскочит» атом - никто знать точно не может. Интересно, что в неестественных науках, таких как социология, демография, экономика, воздействие «измерения» и «наблюдателя» всегда существенно изменяет состояние объекта. Вспомните разного рода опросы. Недаром за день до выборов официально запрещена публикация «рейтингов» кандидатов, дабы хоть немного ослабить влияние факта и результатов «измерений» на объект, то есть избирателя.

Таким образом, измерение есть и взаимодействие объекта и прибора, и результат осознания нами («наблюдателями») результатов и последствий измерения. Сама концепция измерения - одна из необходимых при научном способе познания природы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >