Автор: Естественные науки превращаются в точное исследование природы благодаря измерениям. Без них невозможен и прогресс в технике. Со времени Галилея в естествознании утвердилась мысль о ведущей роли измерения в физико-математических науках.
Что же такое измерение? Широкое распространение получило определение, данное известным метрологом М.Ф.Маликовым: «Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с известной величиной, принятой за единицу сравнения». Против этого определения выдвинут ряд возражений, возникших в связи с современным состоянием и ролью измерений, а также в связи с изменениями в общих понятиях. С.Стивенс, желая расширить область применения измерений, писал: «Измерение в самом широком смысле есть приписывание числовых форм объектам или событиям в соответствии с определенными правилами».
Надо сказать, что отсутствие полной ясности в определении предмета не создает трудностей в проведении измерений во многих практических случаях. Трудности возникают тогда, когда необходимо определить границу между измерением и каким-либо другим процессом, например, процессом регулирования.
Сам измерительный акт предполагает следующие элементы, создающие измерение:
— объект измерения, то есть измеряемую величину;
— измеряющую величину, то есть величину, с которой сравнивается измеряемая величина;
— наблюдателя, то есть субъекта, производящего измерение;
— измерительную установку;
— метод, посредством которого выполняется измерение;
— результат измерения.
Для современной физики наблюдение и эксперимент всегда органически связаны с определением численных значений физических величин, а само измерение осуществляется путем эксперимента, часто имеющего сложный характер. Некоторые элементы измерительного процесса могут выпадать, если измерительная процедура имеет непрерывный характер, включена в общую систему работы автоматической установки. В этом случае наблюдатель может не принимать непосредственного участия в измерении, так как информация, выдаваемая прибором, преобразуется автоматически в самой установке.
Элементарной формой измерения является прямое измерение, то есть такое, результат которого получается непосредственно из самого измерения величины, например, измерение силы тока амперметром. Прямые измерения могут применяться для определения численных значений положительных скалярных величин, а также скалярных величин более общего типа с выключением нуля и отрицательных величин. Измерение векторных, тензорных и других многомерных величин чаще всего приводится к измерению скалярных величин.
Высшей формой прямого измерения является измерение величины путем ее сравнения с единицей измерения, воплощенной в эталоне (эталонная форма измерения). Эталон определенного свойства прежде всего доставляет вещам, обладающим этим свойством, материал для его выражения. Иначе говоря, эталон выступает в качестве меры. Эталон выполняет также функцию масштаба, посредством которого определяется численное значение измеряемой величины. Сравнение с эталоном выполняется через систему мер.
Прямые измерения недостаточны для определения меры многих величин, характеризующих явления объективного мира, которые не воспринимаются непосредственно органами чувств, и познание которых требует экспериментальных устройств. К непрямому измерению относится измерение величин, численное значение которых получается на основе прямых измерений других величин, связанных с измеряемой величиной определенной, математически выражаемой зависимостью. Например, скорость равномерно и прямолинейно движущегося тела определяется через значения величин пути и времени, которые получают путем прямых измерений.
Исторической предпосылкой непрямого измерения является открытие закономерных связей и единства различных явлений природы. Первым выражением теории непрямого измерения явилась построенная К.Гауссом и В.Вебером абсолютная система единиц (1832-1852) для магнитных и электрических величин. Теория непрямого измерения позже охватила все физические величины.
Измерение величин органически связано с познанием количественных отношений материального мира. Это относится не только к количественным отношениям рассматриваемых в физике, но и к количественным отношениям в математике. Так измерение величин выдвинуло необходимость обобщения понятия числа, с включением в это понятие иррациональных чисел, к открытию которых привели задачи по измерению отрезков.
Ни одна физическая теория, отражающая объективную реальность не может обойти необходимость связи ее математического аппарата с показаниями экспериментальных средств. Так измерение соединяет формулы, математическую теорию с наглядной, экспериментальной частью.
Измерение не сводится к простой процедуре «смотреть и видеть», фиксируя показания измерительной установки. Анри Лебег писал: «Измерение начинается как физический процесс, завершение его имеет характер метафизический», понимая под метафизикой теоретическое мышление. Внутри и около проблем измерения постоянно скрещиваются взгляды агностиков, идеалистов, материалистов. Такие категории как конечность и бесконечность, прерывность и беспрерывность имеют прямое отношение к теории измерения, в частности к ее разделу, занимающемуся точностью. Измерения микрообъектов поставили вопрос о реальности самих измеряемых свойств микрообъектов. Некоторые из этих вопросов были рассмотрены ранее:
Измерение и проблема реальности, см. http://blogs.7iskusstv.com/?p=43206
Познание и мышление в процессе измерения, см. http://blogs.7iskusstv.com/?p=43251
Проблема точности измерения, см. http://blogs.7iskusstv.com/?p=43303
Измерение как понятие теоретического знания, см. http://blogs.7iskusstv.com/?p=43336
Шкалы измерения (по С.Стивенсу), см. http://blogs.7iskusstv.com/?p=43368
Литература
Маликов М.Ф. Основы метрологии. М. Стандартгиз.
С.Стивенс. О шкалах измерения. В сб. «Экспериментальная психология». Пер. с англ., М. Изд. иностр . лит., 1960.
Лебег А. Об измерении величин. Пер. с франц. М.