测量、单位与有效数字
误差传递(error propagation)
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假设你用两种都只大致量过的配料来做一道菜。你最终做出来的菜,不可能比放进去的那些部分更确定——每种配料里的晃动,会顺流而下,淌进最终结果里。误差传递就是这样一本账:它追踪你各个测量中的不确定度如何组合,给出你由它们算出的某个值的不确定度。
当你由若干个测量量算出一个结果时——比如由质量、体积和摩尔质量算浓度——每个输入都带着自己的不确定度,而误差传递给出了把它们组合起来的规则。对加减运算,是把绝对不确定度组合(按方和根方式,即平方和再开方);对乘除运算,则是把相对不确定度按同样方式组合。结果就是最终答案的一个单一不确定度。
误差传递之所以重要,是因为它告诉你最终的不确定度究竟来自何处,从而让你去改进真正该改进的那一步,而不是在一个几乎没有贡献的测量上瞎忙。它教给我们一个有用又让人谦卑的道理:最大的那份相对不确定度通常主宰整个答案,所以若真正限制你的其实是一次马虎的体积测量,那么去买一台更高级的天平就毫无意义。需要提醒的是:标准公式假定各输入误差彼此独立且随机;相关的或系统性的误差,需要另作更仔细的处理。
密度由质量(10.00 ± 0.01 g,即相对 0.1%)除以体积(5.0 ± 0.1 mL,即相对 2%)求得。体积的 2% 完全压过质量的 0.1%,所以密度的不确定度约为 2%——改进天平几乎不会带来任何变化。
最大的那份相对不确定度胜出;要修的就是它。
一个常见的捷径错误是把百分数直接相加;正确规则是按方和根方式组合(平方、求和、开方),其总和总是小于天真的直接相加。
又称
另见