是什么限制了您描述测量不确定度的精度?
我将描述两个感觉质量不同的例子,但我不确定它们在处理不确定性的方式上是否存在数量上的不同。
用以厘米为单位的尺子测量铅笔的长度。使用这样的测量设备,您可以准确地确定铅笔的长度,精确到整厘米,然后您可以进一步估计小数点后一位 (mm)。例如,可以确定铅笔长 7.3 厘米。测量的不确定性在于测量的十分位值。对不确定性的一个估计可能是 0.5 毫米,因为这本质上是人们可以做出的最大合理误差,而不会导致该值“溢出”到另一个毫米单位。因此有人报告铅笔的长度为:7.3 ± 0.05 cm。在这里,仅对单个对象执行一次测量。报告的不确定性是最后一位小数的不确定性,因此只有一个有效数字。
顺便说一句,在这个例子中,除了我描述的 0.5 毫米的“合理高估”之外,还有什么其他方法可以估计测量中的不确定性?此外,尺子精度的不确定性是如何发挥作用的?在我的示例中,我假设尺子本质上为我们提供了厘米的定义,但实际上尺子上的刻度标记可能会出现一些错误(尽管很小)。
测量一组几乎相同的铅笔的长度。通过对这些对象的重复测量(每支铅笔一次测量,对多支铅笔重复测量),人们可以收集一组此类铅笔长度的测量值。由此,可以确定这种铅笔的平均长度(L)。这种铅笔长度的不确定性估计值可以作为测量值的标准偏差 (σ) 找到。此时,可以将铅笔的长度报告为:L ± σ。我们会说这些测量是使用与第 1 部分相同的尺子进行的,即以厘米为单位进行刻度的尺子,并以精确到毫米的精度记录各个测量值。因此,L 最多应该具有 mm 精度(再比如说 7.3 cm)。σ 呢?
我看到三种可能的情况:
A) 测量值的分布非常紧密,例如 σ = 0.0000034873 cm(故意显示模拟计算器输出的内容)。在这里,不确定度的第一个有效数字是一个远小于测量设备最小精度的值。有人会报告 0 mm 或 3E-6 cm 的不确定性吗?这些都感觉不对。(1) 的不确定性如何发挥作用?
B) 测量值的分布非常广泛,例如 σ = 4.3289483 cm(很明显,这些铅笔几乎不再像以前假设的那样几乎相同)。现在,不确定性中最重要的数字与平均值的数量级相同。那么人们会忽略测量的毫米精度并报告长度为 7 ± 4 厘米吗?在这里,我将平均值四舍五入到相同的最高有效小数(在本例中为整数厘米)。
C) 分布介于上述两种极端情况之间,例如 σ = 0.295401 cm。现在将所有内容简单地四舍五入到最接近的毫米并将长度报告为 7.3 ± 0.3 厘米似乎是合理的。
是否有理由报告具有多个有效数字的不确定性?例如,7.3 ± 1.3 厘米?