带有微积分的物理学/力学/测量
测量 是实验科学(包括物理学)中的基本概念之一。 “测量”的确切含义没有明确定义,实际上它是量子物理学研究的前沿之一,其中测量的行为在量子力学的普遍接受的解释中起着重要作用。 就我们而言,可以说测量是指将物理量(如时间或长度)以客观方式写下的行为。
测量是人们在实验科学(如物理学)中检验理论的方式。 为了检验理论,人们利用理论在特定的物理情况下进行预测,然后进行实验,即一系列测量,以查看预测是否正确。 例如,牛顿万有引力定律预测,由于地球表面附近的引力,自由落体物体的距离D 在时间T 内,使得D 与T2 成正比。 然后,我们设计一套设备和计划来检验这个预测:我们可以从 25 厘米、50 厘米、75 厘米、1.0 米、1.25 米和 1.5 米的高度放下一个钢球,并使用秒表测量它落下该距离所需的时间。 如果我们的测量结果大致表明D ∝ T2,那么这就在特定情况下证实了该理论。 更确切地说,我们的观察结果没有与该理论的预测相矛盾,因此我们可以假设它在所有情况下都成立(除非进一步的实验数据表明并非如此)通过像 奥卡姆剃刀 这样的论证。
物理量 是我们用来定量描述物理现象的任何东西。 我们之前用过几个物理量的例子,但没有进一步讨论:距离、时间、面积和质量。 我们将在此对我们从直觉中了解的这些量的知识进行更精确的阐述。
有些物理量可以从其他量定义出来。 面积和体积就是很好的例子:当我们有正方形和立方体时,我们可以根据边的长度来定义它们的面积和体积。 这种定量定义也告诉我们如何在给定一些其他物理量的情况下计算特定物理量。
直觉告诉我们,我们不能以这种方式定义所有物理量,除非进行循环定义,这对我们来说毫无用处。 无法用其他物理量来定义的物理量被认为是基本的,我们只能通过说明如何测量它们来定义它们。 这种定义称为操作定义。
距离、时间和质量是这类基本的物理量。 这些量不能用其他可测量量来定义(注意,这种选择具有一定的任意性:选择面积作为基本物理量,并将距离定义为具有特定面积的正方形的边长,虽然不切实际,但也是可能的)。 事实上,我们选择如何定义它们决定了我们的单位制,这是下一章的主题。
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