О процессе измерения

О процессе измерения.
Введение
Измерение - основа физики. Без практики, даже с математическими выкладками физика не наука. Посредством физических экспериментов познаются и проверяются законы природы. Любой эксперимент даже без количественной оценки в основе своей разновидность измерения. Учёные, познавая новое и проделывая масштабные, дорогостоящие эксперименты даже большими коллективами физиков, не всегда понимают, как они получили измеряемые цифры и что они наблюдают.
Не задумываясь о деталях процесса измерения, ученые допускают массу ошибок в построении модели мира. Искаженное восприятие мира отражается в широко употребляемых терминах в научной литературе: «корпускула», «частицы без массы покоя», «тёмная материя», «тёмная энергия» и т.п. Ложная терминология следствие выдуманных явлений противоречащих природе. Например, волна двигающиеся в пустоте или взаимодействие материи и энергии. На основе ложной терминологии и выдуманных противоречивых явлений создаются теории, где например, материя является порождением первокирпичика в виде «нулевой» энергии.
Последствия - непонимание, что же такое время, пространство, материя, энергия, информация и как следствие, наличие в современной физике множество противоречивых теорий на каждое физическое явление и общую теорию в целом.
Описание мира, как и решение задач, допускает массу вариантов. Отказавшись от общепринятых взглядов, можно выбрать другой набор базовых понятий, аксиом и совершено другой математикой, описать окружающий мир. Часто в науке подобного рода «разные» взгляды является причиной больших и маленьких споров. Некоторые ученые, нащупав фрагмент описания мира другим языком, воспринимают его за переворот в науке, другие же, взгляд под другим углом, воспринимают за великую глупость. И те и другие неправы. Первые за отрицание устоявшихся взглядов, вторые за отрицание взглядов под другим углом зрения. Такие споры пусты. Вариант описания мира, как бы необычно он не выглядел, не должен являться предметом острых споров. Гораздо важнее не совершать ошибок лежащих на поверхности, чтобы не закладывать эти ошибки в фундамент современных представлений о природе.

Что такое измерение?
Любое измерение, это сопоставления двух физических величин, одна из которых является образцовой. Эти две величины получаются в процессе сопоставления различных форм материи в в статике или динамике. При измерениях не всегда нужна количественная оценка и результат выраженный цифрами. Итог простого измерения - вывод, какая из величин больше измеряемая или образцовая. Имея шкалу измерения и сопоставляя её с измеряемым, мы можем получать цифровое значение измеряемого параметра, в отражённых на шкале единицах измерения.
Что такое инструмент измерения?
Инструмент измерения, это посредник между неким образцом и измеряемым. Измерительный инструмент является информационной копией образца. Общепризнанный устоявшийся образец со временем принимают за эталон. В редких случаях образец сам выполняет функцию инструмента измерения, но чаще всего из-за различных сложностей, между образцом и измеряемым появляется посредник в виде инструмента измерения. Для универсальности измерительный инструмент обычно имеет шкалу, проградуированную в определённых единицах измерения. То, что часто применяется в качестве инструмента измерения и не имеет своей шкалы, со временем обрастает шкалой в произвольных единицах измерения. Самые простые инструменты измерения, например, линейка имеют только шкалу. Большая часть приборов, инструментов имеет шкалу со стрелочным указателем, например, манометр или термометр. В более сложных измерительных приборах шкалы может не быть, результирующее значение в готовым виде появляется на табло. У измерительных приборов, где нет шкалы, в конструкции прибора обязательно предусмотрен счетчик количества единицы измерения.
Назначение счетчика в инструментах измерения.
Механические, электронные счётчики как отдельный узел являются составной частью измерительных приборов различного назначения выдающих на табло готовые значения измерения. Шкала измерения у таких приборов заложена в алгоритм работы счетчика.
Шкала прибора, это место наблюдения количества измеряемого параметра в отраженных на шкале единицах измерения. То есть подсчет количества, это составная часть измерения, а наличие счетчика в приборе, это автоматизация подсчета количества измеряемого параметра. Сам счетчик – самостоятельный измерительный инструмент количества. Если измерительный инструмент визуально не имеет шкалы, то он обязательно имеет счетчик механический, электронный или любой другой. В противном случае, это вряд ли инструмент измерения.

Измерительный инструмент и измеряемое.
Измерение возможно только там, где есть измеряемое и измерительный инструмент для этого измеряемого. Для процесса измерения обязательно нужна материя для измерения и материя с помощью, которой можно её измерить. Невозможно сделать замер параметра у чего-либо, не используя что-то материальное для этих целей в качестве измерительного инструмента. Нельзя измерить то, чего нет. Непонятно даже какую характеристику мерить у того, чего нет. Пустота свойств не имеет. Измеряемым может быть любое материальное, любого размера и в любом из своих состояний.

О единицах измерения.
Обычно длину меряют в единицах измерения длины, но в различных ситуациях длину можно мерить и другими единицами измерения, например, килограммами, градусами, ваттами, электрон-вольтами и т.д. Такое возможно благодаря тому, что вся материя связана между собой одними законами взаимодействия. В процессе с зависимостью одного параметра от другого, параметр мы можем мерить не только «своими» единицами измерения, но и любыми другими зависимыми от него. В некоторых случаях измерение «не родными» единицами бывает точнее, проще и удобнее. Такой способ измерения широко используется в конструкциях различных измерительных систем с датчиками, где последовательно преобразуют, например, давления в ток, ток в напряжение, напряжение в угол поворота стрелки и т.п.

Использование физических величин в решениях задач
Как и при измерениях, в решениях задач в каждый конкретный момент, происходит сопоставления двух зависимых величин и не более двух. Например, человек использует часы для определения начала и конца физического процесса, сопоставляя две величины времени. Далее время используется для определения количество работы или, например, скорости процесса, где сопоставляется работа и время и т. д. Все то же самое происходит в самых сложных расчётах и формулах. Нас не всегда интересуют промежуточные значения, поэтому в левой части перед знаком равно может стоять много переменных со сложной математической зависимостью.
В задачах, скорость рассчитывают, как соотношение длины за единицу времени, реже, как соотношение времени за единицу длины. Допустим, скорость 5 км/ч - это скорость 12 минут за километр. Можно переворачивать величины при сравнении и в других случаях. Мы можем сказать: "За три часа прошли 15 километров", а можно сказать: "На 15 километров мы затратили 3 часа". Порядок сопоставления величин при правильном применении на результат решения не влияет, но обычно точкой отсчета становится более стабильная величина. При сопоставлении величин, в которых участвует время, точкой отсчёта принимается время, как самый равномерный и непрерывный процесс.
Сопоставляют не только время со временем или время с литрами или километрами, но и допустим литры с километрами, когда у них есть зависимость. Например, распространенный параметр оценки качества автомобиля - "количество расходуемого бензина на 100 километров".
Для правильного решения задач сопоставление физических величин возможно только в одном масштабе и в одной системе координат.

Основные составляющие процесса измерения.
Любой, самый примитивный вид из всех видов измерения не так прост, как кажется. Разберём процесс измерения детально. Измерение результат взаимодействия инструмента с измеряемым. Взаимодействие возможно только материи с материей, подобного с подобным. Следовательно, нам нужно:
1. Материальный инструмент измерения,
2. Материальное измеряемое,

Для фиксирования результатов измерения необходим регистратор измерения, наблюдатель или прибор.
3. Материальный регистратор измерения,

Даже если у вас есть инструмент измерения, измеряемое, регистратор, измерение не произойдет, пока между инструментом и измеряемым, не будет физического контакта, прямого или через другую материю. Причём качество создаваемого взаимодействия между инструментом и измеряемым будет напрямую отражаться на качестве измерения.
Примеры. Прямой контакт. Датчик давления в измеряемой среде. Не прямой контакт. Применяют в агрессивных средах для повышения срока службы датчика. Датчик давления со средой работает через посредника - техническое масло. Температура среды в трубопроводе замеряется через стенку трубы. В ртутном термометре между пациентом и ртутью всегда присутствует стенка из стекла.
Для процесса измерения необходимо:
4. Создание физического контакта между инструментом и измеряемым.

Чтобы регистрировать измерение, необходим информационный контакт между процессом измерения и регистратором. В простых случаях он физический, прямой. В более сложных вариантах через другую материю, выступающую посредником передачи информации без жесткой механической связи между процессом измерения и регистратором.
Пример Технический манометр: трубка Бурдона с измеряемой средой и система рычагов с пружиной, передающая механическое движение от самой подвижной части трубки к стрелке.

Варианты информационного контакта: электрический, магнитный, электромагнитный, пневматический, визуальный, акустический.
Примеры. Измерение силы звука с помощью микрофона. Зрительное наблюдение человеком за показаниями приборов. Электрический, пневматический, радио перенос информации от датчика установленного на трубопроводе, в операторную на регистрирующий прибор.
Для процесса измерения также необходимо создание:
5. информационного контакта между регистратором и процессом измерения.

Имея инструмент измерения и измеряемое, человек может сделать многочисленные измерения, но не получить нужного. Следовательно, у любого измерения есть:
6. Цель измерения.

Цель предполагает алгоритм действий для достижения цели. Поскольку процесс измерения состоит из двух различных взаимодействий: инструмента с измеряемым и регистратора с процессом измерения, для осуществления измерения, нам необходимо как минимум два различных целенаправленных действия: на этапе подготовке к измерению и непосредственно во время измерения.
Пример. Чтобы замерить длину при помощи измерительной линейки, мы прикладываем линейку к фигуре. Затем наши глаза пробегают по шкале, прежде чем мы благодаря свету получим нужную нам цифру. Первое целенаправленное действие: прикладыванье линейки и совмещение начала измерения с началом шкалы. Второе целенаправленное действие: визуальный поиск значения на шкале.
Для процесса измерения необходим:
7. Алгоритм измерения, состоящий из 2 основных этапов по созданию физического и информационного контакта между измеряемым, инструментом измерения и регистратором.

Мало иметь регистратор, измеряемое, инструмент измерения. Мало подготовить процесс измерения, создав физический контакт, между регистратором, измеряемым и инструментом. Если система статична, необходимо обеспечить динамику процесса измерения. Информацию невозможно передавать и получать в статической системе. Для полного понимания процесса, необходимо знать, что для получения результата измерения всегда нужна
8. Активность между измерением и регистратором.

Физическая величина.
Что собой представляет физическая величина? Прежде всего, это числовое значение, связанное с физическим миром. Сама по себе число в физической величине не представляет ценности. При одном и том же измерении это может быть 0.07 или 2, может быть 100, в зависимости от выбранной единицы измерения. Ценность числа появляется, когда его сопоставляют с другим числом, связанным с физическим миром в этом же масштабе цифр. Другими словами ценность физической величины не в самой цифре, а в информации передающей соотношения величин физического мира между собой. Чем больше цифр физического мира полученных для анализа и расчетов в одном масштабе, тем выше их ценность.

Количественная оценка измерения.
Количественная оценка при измерении сама по себе не нужна. Смысл количественной оценки появляется при сопоставлении разных измерений между собой. Для правильных выводов при сопоставлении нескольких измерений, их нужно произвести в одном масштабе. Это значит сопоставить все измерения с одним образцом. Для количественной оценки измерений нужна единица измерения.
1. Единица измерения.

Чтобы единица измерения со временем не изменялась, для каждой единицы измерения должна существовать образцовая величина, относительно которой ее бы периодически сверяли. Количественная оценка измерения требует наличия эталона единицы измерения.
2. Эталона единицы измерения.

Там где искомая физическая величина значительно больше или меньше единицы измерения, для удобства и универсальности в инструменте измерения применяют шкалу. Это обычно отрезок разбитый на доли в общепризнанной десятичной системе счисления.
3. Шкала в выбранной единице измерения.

В процессах, где невозможно визуально наблюдать результат сопоставления измеряемого с инструментом измерения, применяется механически связанный с измерением посредник в виде двигающейся по шкале стрелки.
4. Стрелка на шкале измерения.

Для автоматизации подсчета количества единицы измерения, в современных измерительных приборах все чаще применяют
5. Счетчик количества единиц измерения.

Об универсальности применения знаний.
Перечисленные 8 пунктов составляющих процесса измерения: физическое сопоставление подобного с подобным, наличие регистратора, информационной связи и цели процесса, присуще не только процессу измерения, но и любому другому наблюдаемому человеком физическому процессу и, следовательно, любому эксперименту физика. Конечно с учетом, когда человек сам создает условия для наблюдений или наблюдает то, что создала природа без участия человека. В наблюдаемых природных явлениях и экспериментах физиков без измерений, пункты 1 и 2 выбираются произвольно и количественно могут быть больше двух.

О понятие «информация» в физике.
Из определения понятия «информация» в учебниках физики, информацией является физическая величина, как основной термин в науке физика. Хотя в каждой области знаний свое определения емкого и многогранного понятия «информация», почему-то для многих физиков определение специально для физика стало достаточным условием, чтобы считать информацию только физической величиной. Уверенность некоторых физиков, что за пределами физики и математики нет серьезной науки, с людьми сыграла злую шутку. Сознательное ограничение широкого понятия явилось тормозом развития науки на долгие годы.
В чем это выражается? Например, некоторые из физиков уверены, что информация в виде энергии может существовать и без материи или наоборот, информация это только то, что профильтровал мозг человека, что информация связана только с разумной деятельностью. Для последних понятия «прием», «передача», «обмен» информацией имеет смысл только для технических систем. Конечно это заблуждение. Любое физическое взаимодействие это не только передача силы или энергии, но и обязательно обмен информацией. Физика не изучат понятие «информация», но это не значит, что ее нет в проводимых ими экспериментах. Физическая величина - результат измерения, а информация уже существует, вне зависимости от того произошёл процесс измерения или нет. Живая и неживая природа развивается по одним физическим законам и что физическое есть в живом, то же есть и в неживой природе и наоборот. Законы физики для мозга ничем не отличается от законов физики для молекул воды. Отличие живого и неживого лишь в целенаправленности поведения живого, позволяющего на основе одних и тех же законов получать качественно другие результаты, появление которых опять же не противоречит и не меняет существующие законы.

Материя, энергия, информация
Материя, энергия, информация это одно неразрывное целое. Материя всегда носитель энергии и информации. Передача силы или энергии несет в себе информацию. Обмен информации не происходит без энергии. Информация, энергия не существует без носителя. Только благодаря атрибутам энергии и информации материя способна проявить себя и свои качества. Если материя не проявляет себя физически, не всегда это вывод, что ее не существует. Информация от нее достаточное условие, чтобы признать ее существование. Вероятно чувствительность оборудования, пока не позволяет ее обнаружить физически.
Видов материи может быть очень много. Все, что наблюдаемо даже в микромире, может быть только результатом взаимодействия разных видов материи. В природе нет ничего, кроме материи. Даже если существует Бог, душа или полтергейст, все это материальные сущности. Материя не ограничивается таблицей Менделеева.
У материи есть то, что отличает ее от не материи, допустим, наличие массы. Без этого качества, материя неспособна к взаимодействиям, передачи энергии, обмену информацией. Без этого качества, материя не может быть носителем энергии и информации и, следовательно, проявлять себя. Без материи, этого качества не имеет энергия, следовательно, энергия с энергией или энергия с материей неспособна к взаимодействиям.

Волна
Любая волна формируется частицами среды. Вне среды волны быть не может. Энергетические, информационные качества волны, целиком и полностью отражают качества частиц среды, в которой она распространяется. Нечего кроме материи в природе не существует. Взаимодействовать между собой, нести энергию и информацию способна только материя.
1. Материя неспособна развить скорость сопоставимую со скоростью света.
2. Части материи друг относительно друга двигаются с разной величиной скорости. Постоянную скорость может иметь только, колебания частиц однородной среды.
3. Множество независимых частиц, неспособно двигаться единой волной на большие расстояния. В пустоте отсутствует единство взаимодействия. Даже если и допустить взаимное влияние частиц волны в пустоте, на больших расстояниях от источника, сила это будет такова, что волна обязательно распадётся.

Так что же такое свет?

О материальности пространства.
Если любой процесс измерения это взаимодействие подобного с подобным, материи с материей то, следовательно, измеряя силу гравитации, инерции, напряженность электрического и магнитного поля, мы имеем дело с материей. Инерцию, гравитацию, свет, электрическое и магнитное поле мы чувствуем в каждой точке межзвездного пространства. Хотим мы того или нет, всё пространство заполнено материей и активно с нами взаимодействует в любой момент времени. Как бы мы ни противились существованию материальной среды, пространство материально. Вопрос из плоскости “есть материальная среда или нет?”, должен перейти в плоскость “какова материя пространства?” Если пространство с любых точек зрения материально, имеет ли смысл упрямо утверждать обратное?
Основных вариантов существования материальной среды два:
1. Статичная среда из однотипных частиц,
2. Динамичная среда из потока разных частиц. Например, у гравитации свои частицы, у инерции свои, у магнитного поля свои и т.п.
Среда однородна. Статичной среде нельзя быть из разных частиц, для сохранения однородности это будет даже мешать. Динамической среде обязательно нужно быть разной по составу, в противном случае мы не получим многообразия физических эффектов, что мы наблюдаем у пространства.
Современное представление это второй вариант. Даже имея большое количество недостатков, второй вариант родился, как единственный выход при не обоснованном отказе от первого варианта.

О «материальности» физической пустоты.
Пустота теоретически может существовать и иметь какие-то размеры, но это всё что может её делать схожей с материей. Она не может иметь никаких свойств и качеств. Пустота ни с чем и никак не взаимодействует. Даже свои размеры пустота имеет только благодаря материи, которая её окружает. Измеряя размеры пустоты, мы по сути будем измерять габариты окружающей материи. Называя пространство пустотой, физик должен понимать, что пустота не может быть искривленным пространством. Пустоте не знакома инерция, гравитация, поле, флуктуации. Приписывая пространству свойства, мы должны признавать его материальность. Статичное пространство или динамическое, это уже второй вопрос. Пустота не может иметь свойств вообще никаких.
Нельзя из пустоты сделать компьютер или ракетное топливо. Это так очевидно для обывателя и так сложно для понимания ученому физику легко оперирующего формулами высшей математики.


Метки:измерение, МАТЕРИЯ, энергия, информация, Пространство, время