قياس

القياس هو تحديد كمية سمات شيء أو حدث، والتي يمكن استخدامها للمقارنة مع أشياء أو أحداث أخرى. ^{[1] [2]} بعبارة أخرى، القياس هو عملية تحديد مدى كبر أو صغر كمية فيزيائية مقارنة بكمية مرجعية أساسية من نفس النوع. ^[3] يعتمد نطاق وتطبيق القياس على السياق والتخصص. في العلوم الطبيعية والهندسة ، لا تنطبق القياسات على الخصائص الاسمية للأشياء أو الأحداث، وهو ما يتفق مع إرشادات المفردات الدولية للمترولوجيا التي نشرها المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . ^[2] ومع ذلك، في مجالات أخرى مثل الإحصاء وكذلك العلوم الاجتماعية والسلوكية ، يمكن أن يكون للقياسات مستويات متعددة ، والتي تشمل المقاييس الاسمية والترتيبية والفاصلة والنسبية. ^{[1] [4]}

القياس هو حجر الزاوية في التجارة والعلوم والتكنولوجيا والبحث الكمي في العديد من التخصصات. تاريخيًا، كانت هناك العديد من أنظمة القياس لمختلف مجالات الوجود البشري لتسهيل المقارنات في هذه المجالات. غالبًا ما تم تحقيق ذلك من خلال اتفاقيات محلية بين الشركاء التجاريين أو المتعاونين. منذ القرن الثامن عشر، تقدمت التطورات نحو توحيد المعايير المقبولة على نطاق واسع والتي أسفرت عن النظام الدولي الحديث للوحدات ( SI). يقلل هذا النظام جميع القياسات الفيزيائية إلى مجموعة رياضية من سبع وحدات أساسية. يتم متابعة علم القياس في مجال علم القياس .

يتم تعريف القياس على أنه عملية مقارنة كمية غير معروفة بكمية معروفة أو قياسية.

يمكن تصنيف قياس الخاصية حسب المعايير التالية: النوع ، والحجم ، والوحدة ، وعدم اليقين . ^{[ بحاجة لمصدر ]} وهي تمكن من إجراء مقارنات لا لبس فيها بين القياسات.

• مستوى القياس هو تصنيف للطبيعة المنهجية للمقارنة. على سبيل المثال، يمكن مقارنة حالتين لخاصية ما من خلال النسبة أو الاختلاف أو التفضيل الترتيبي. لا يتم التعبير عن النوع بشكل صريح عادةً، ولكنه ضمني في تعريف إجراء القياس .
• المقدار هو القيمة العددية للتوصيف، والتي يتم الحصول عليها عادةً باستخدام أداة قياس مناسبة تم اختيارها .
• تقوم الوحدة بتعيين عامل ترجيح رياضي للكمية التي يتم اشتقاقها كنسبة إلى خاصية قطعة أثرية تستخدم كمعيار أو كمية فيزيائية طبيعية .
• يمثل عدم اليقين الأخطاء العشوائية والنظامية في إجراء القياس؛ ويشير إلى مستوى الثقة في القياس. يتم تقييم الأخطاء من خلال تكرار القياسات بشكل منهجي والنظر في دقة وضبط أداة القياس.

تستخدم القياسات بشكل شائع النظام الدولي للوحدات (SI) كإطار للمقارنة. يحدد النظام سبع وحدات أساسية : الكيلوجرام ، والمتر ، والكانديلا ، والثانية ، والأمبير ، والكلفن ، والمول . يتم تعريف كل هذه الوحدات دون الرجوع إلى جسم مادي معين يعمل كمعيار. تحدد التعريفات الخالية من القطع الأثرية القياسات بقيمة دقيقة مرتبطة بثابت فيزيائي أو ظواهر أخرى ثابتة في الطبيعة، على النقيض من القطع الأثرية القياسية التي تخضع للتدهور أو التدمير. بدلاً من ذلك، لا يمكن لوحدة القياس أن تتغير إلا من خلال زيادة الدقة في تحديد قيمة الثابت المرتبط بها.

كان أول اقتراح لربط وحدة أساسية للنظام الدولي للوحدات بمعيار تجريبي مستقل عن القانون هو تشارلز ساندرز بيرس (1839-1914)، ^[6] الذي اقترح تعريف المتر من حيث الطول الموجي لخط طيفي . ^[7] أثر هذا بشكل مباشر على تجربة ميكلسون-مورلي ؛ حيث استشهد ميكلسون ومورلي ببيرس، وحسنا من طريقته. ^[8]

باستثناء بعض الثوابت الكمومية الأساسية ، فإن وحدات القياس مستمدة من الاتفاقيات التاريخية. لا شيء متأصل في الطبيعة يملي أن البوصة يجب أن تكون طولًا معينًا، ولا أن الميل هو مقياس مسافة أفضل من الكيلومتر . ومع ذلك، على مدار التاريخ البشري، أولاً من أجل الراحة ثم من أجل الضرورة، تطورت معايير القياس بحيث يكون للمجتمعات معايير مشتركة معينة. تم تطوير القوانين المنظمة للقياس في الأصل لمنع الاحتيال في التجارة.

تُعرَّف وحدات القياس عمومًا على أساس علمي، تشرف عليه وكالات حكومية أو مستقلة، وتأسست في معاهدات دولية، وأبرزها المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM)، الذي تأسس عام 1875 بموجب اتفاقية المتر ، التي تشرف على النظام الدولي للوحدات (SI). على سبيل المثال، أعيد تعريف المتر في عام 1983 من قبل المؤتمر العام للأوزان والمقاييس من حيث سرعة الضوء، وأعيد تعريف الكيلوجرام في عام 2019 من حيث ثابت بلانك ، وتم تعريف اليارد الدولي في عام 1960 من قبل حكومات الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وأستراليا وجنوب إفريقيا على أنه 0.9144 مترًا بالضبط .

في الولايات المتحدة، يقوم المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ( NIST )، وهو قسم من وزارة التجارة الأمريكية ، بتنظيم القياسات التجارية. في المملكة المتحدة، يتم تنفيذ هذا الدور من قبل المختبر الوطني للفيزياء (NPL)، وفي أستراليا من قبل المعهد الوطني للقياس ، ^[9] وفي جنوب إفريقيا من قبل مجلس البحوث العلمية والصناعية وفي الهند المختبر الوطني للفيزياء في الهند .

الوحدة هي كمية معروفة أو قياسية يتم من خلالها قياس الكميات الفيزيائية الأخرى.

قبل اعتماد وحدات النظام الدولي للوحدات على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، كانت الأنظمة البريطانية للوحدات الإنجليزية والوحدات الإمبراطورية تستخدم في بريطانيا والكومنولث والولايات المتحدة. أصبح النظام معروفًا باسم وحدات الولايات المتحدة العرفية في الولايات المتحدة ولا يزال قيد الاستخدام هناك وفي عدد قليل من دول الكاريبي . وقد أطلق على أنظمة القياس المختلفة هذه في بعض الأحيان أنظمة قدم رطل ثانية بعد الوحدات الإمبراطورية للطول والوزن والوقت على الرغم من أن الأطنان والمئات من الأوزان والغالونات والأميال البحرية، على سبيل المثال، مختلفة بالنسبة للوحدات الأمريكية. لا تزال العديد من الوحدات الإمبراطورية قيد الاستخدام في بريطانيا، التي تحولت رسميًا إلى النظام الدولي للوحدات - مع بعض الاستثناءات مثل لافتات الطرق، والتي لا تزال بالأميال. يجب بيع البيرة المسودة وعصير التفاح بالباينت الإمبراطوري، ويمكن بيع الحليب في زجاجات قابلة للإرجاع بالباينت الإمبراطوري. يقيس العديد من الناس طولهم بالأقدام والبوصات ووزنهم بالحجر والرطل ، على سبيل المثال لا الحصر. تُستخدم الوحدات الإمبراطورية في العديد من الأماكن الأخرى، على سبيل المثال، في العديد من دول الكومنولث التي تعتبر مترية، تُقاس مساحة الأرض بالأفدنة ومساحة الأرضية بالأقدام المربعة، وخاصة للمعاملات التجارية (بدلاً من الإحصاءات الحكومية). وعلى نحو مماثل، يُباع البنزين بالغالون في العديد من الدول التي تعتبر مترية.

النظام المتري هو نظام قياس عشري يعتمد على وحداته للطول، المتر والكتلة، الكيلوجرام. يوجد هذا النظام بعدة أشكال، مع خيارات مختلفة للوحدات الأساسية ، على الرغم من أن هذه الخيارات لا تؤثر على استخدامه اليومي. منذ ستينيات القرن العشرين، أصبح النظام الدولي للوحدات (SI) هو النظام المتري المعترف به دوليًا. تُستخدم الوحدات المترية للكتلة والطول والكهرباء على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم للأغراض اليومية والعلمية.

النظام الدولي للوحدات (اختصارًا SI من الاسم الفرنسي Système International d'Unités ) هو المراجعة الحديثة للنظام المتري . وهو نظام الوحدات الأكثر استخدامًا على مستوى العالم، سواء في التجارة اليومية أو في العلوم . تم تطوير النظام الدولي للوحدات في عام 1960 من نظام متر-كيلوجرام-ثانية (MKS)، بدلاً من نظام سنتيمتر-جرام-ثانية (CGS)، والذي كان له بدوره العديد من المتغيرات. وحدات النظام الدولي للوحدات للكميات الفيزيائية الأساسية السبع هي: ^[10]

الكمية الأساسية	الوحدة الأساسية	رمز	تعريف الثابت
وقت	ثانية	س	انقسام فائق الدقة في السيزيوم-133
طول	متر	م	سرعة الضوء ج
كتلة	كيلوغرام	كجم	ثابت بلانك ، ح
التيار الكهربائي	امبير	أ	شحنة أولية ، هـ
درجة حرارة	كلفن	ك	ثابت بولتزمان ، ك
كمية المادة	مول	مول	ثابت أفوجادرو ، N A
شدة الإضاءة	شمعة	قرص مضغوط	الكفاءة الضوئية لمصدر 540 تيراهرتز، K cd

في النظام الدولي للوحدات، الوحدات الأساسية هي القياسات البسيطة للوقت والطول والكتلة ودرجة الحرارة وكمية المادة والتيار الكهربائي وشدة الضوء. الوحدات المشتقة مبنية من الوحدات الأساسية، على سبيل المثال، الواط ، أي وحدة القدرة، يتم تعريفها من الوحدات الأساسية على أنها م ² ·كجم·ثانية ^-3 . يمكن قياس الخصائص الفيزيائية الأخرى بوحدات مركبة، مثل كثافة المادة، التي تقاس بالكيلوجرام/م ³ .

يتيح النظام الدولي للوحدات عملية الضرب بسهولة عند التبديل بين وحدات لها نفس القاعدة ولكن ببادئات مختلفة. لتحويل الأمتار إلى السنتيمترات، ما عليك سوى ضرب عدد الأمتار في 100، حيث يوجد 100 سنتيمتر في المتر. وعلى العكس من ذلك، لتحويل السنتيمترات إلى الأمتار، يجب ضرب عدد السنتيمترات في 0.01 أو قسمة عدد السنتيمترات على 100.

المسطرة أو القاعدة هي أداة تستخدم في الهندسة والرسم الفني والهندسة والنجارة لقياس الأطوال أو المسافات أو لرسم خطوط مستقيمة. بالمعنى الدقيق للكلمة، المسطرة هي الأداة المستخدمة لحكم الخطوط المستقيمة والأداة المعايرة المستخدمة لتحديد الطول تسمى مقياس ، ومع ذلك فإن الاستخدام الشائع يطلق على كلتا الأداتين مسطرة ويتم استخدام الاسم الخاص المسطرة المستقيمة للمسطرة غير المميزة. إن استخدام كلمة قياس ، بمعنى أداة القياس، لا يزال موجودًا فقط في عبارة شريط القياس ، وهي أداة يمكن استخدامها للقياس ولكن لا يمكن استخدامها لرسم خطوط مستقيمة. كما يمكن رؤيته في الصور الموجودة على هذه الصفحة، يمكن طي مسطرة النجار التي يبلغ طولها مترين إلى طول 20 سنتيمترًا فقط، لتناسب الجيب بسهولة، ويمكن سحب شريط القياس الذي يبلغ طوله خمسة أمتار بسهولة ليتناسب مع حاوية صغيرة.

الزمن هو قياس تجريدي للتغيرات الأساسية على مدى متصل غير مكاني. ويُشار إليه بأرقام و/أو فترات مسماة مثل الساعات والأيام والأسابيع والأشهر والسنوات . وهو عبارة عن سلسلة من الأحداث التي تبدو غير قابلة للعكس داخل هذا المتصل غير المكاني . ويُستخدم أيضًا للإشارة إلى فاصل زمني بين نقطتين نسبيتين على هذا المتصل.

تشير الكتلة إلى الخاصية الجوهرية لجميع الأجسام المادية لمقاومة التغيرات في زخمها. من ناحية أخرى، يشير الوزن إلى القوة الهابطة الناتجة عندما تكون الكتلة في مجال جاذبية. في السقوط الحر (لا توجد قوى جاذبية صافية) تفتقر الأجسام إلى الوزن ولكنها تحتفظ بكتلتها. تشمل وحدات الكتلة الإمبراطورية الأونصة والرطل والطن . الوحدات المترية الجرام والكيلوغرام هي وحدات كتلة .

يُطلق على أحد الأجهزة المستخدمة في قياس الوزن أو الكتلة اسم ميزان الوزن أو غالبًا ببساطة ميزان . يقيس الميزان الزنبركي القوة ولكن ليس الكتلة، ويقارن الميزان الوزن، ويتطلب كلاهما مجال جاذبية للعمل. تعتمد بعض أكثر الأدوات دقة لقياس الوزن أو الكتلة على خلايا الحمل ذات القراءة الرقمية، ولكنها تتطلب مجال جاذبية للعمل ولن تعمل في السقوط الحر.

المقاييس المستخدمة في الاقتصاد هي المقاييس المادية ومقاييس القيمة الاسمية للسعر ومقاييس السعر الحقيقي . وتختلف هذه المقاييس عن بعضها البعض من حيث المتغيرات التي تقيسها والمتغيرات المستبعدة من القياسات.

في مجال البحث المسحي، يتم أخذ القياسات من المواقف والقيم والسلوك الفردي باستخدام الاستبيانات كأداة قياس. وكما هو الحال مع جميع القياسات الأخرى، فإن القياس في البحث المسحي معرض أيضًا لخطأ القياس ، أي الانحراف عن القيمة الحقيقية للقياس والقيمة المقدمة باستخدام أداة القياس. ^[11] في البحث المسحي الموضوعي، يمكن أن يؤدي خطأ القياس إلى استنتاجات متحيزة وتأثيرات مقدرة بشكل خاطئ. من أجل الحصول على نتائج دقيقة، عندما تظهر أخطاء القياس، يجب تصحيح النتائج لأخطاء القياس .

تنطبق القواعد التالية عمومًا لعرض دقة القياسات: ^[12]

• جميع الأرقام غير الصفرية وأي أصفار تظهر بينها لها أهمية في دقة أي رقم. على سبيل المثال، يحتوي الرقم 12000 على رقمين مهمين، وله حدود ضمنية 11500 و12500.
• يمكن إضافة أصفار إضافية بعد الفاصلة العشرية للإشارة إلى دقة أكبر، مما يؤدي إلى زيادة عدد الكسور العشرية. على سبيل المثال، يتضمن الرقم 1 حدودًا تبلغ 0.5 و1.5 بينما يتضمن الرقم 1.0 حدودًا تبلغ 0.95 و1.05.

نظرًا لأن القياس الدقيق ضروري في العديد من المجالات، ولأن جميع القياسات تقريبية بالضرورة، فيجب بذل قدر كبير من الجهد لجعل القياسات دقيقة قدر الإمكان. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مشكلة قياس الوقت الذي يستغرقه جسم للسقوط لمسافة متر واحد (حوالي 39  بوصة ). باستخدام الفيزياء، يمكن إثبات أنه في مجال الجاذبية الأرضية، يجب أن يستغرق أي جسم حوالي 0.45 ثانية للسقوط لمسافة متر واحد. ومع ذلك، فيما يلي بعض مصادر الخطأ التي تنشأ:

• تم استخدام هذا الحساب لتسارع الجاذبية بمقدار 9.8 متر في الثانية المربعة (32 قدمًا في الثانية ^{المربعة} ). لكن هذا القياس ليس دقيقًا، بل دقيق فقط إلى رقمين معنويين.
• يختلف مجال جاذبية الأرض قليلاً اعتمادًا على الارتفاع عن مستوى سطح البحر وعوامل أخرى.
• يتضمن حساب 0.45 ثانية استخراج الجذر التربيعي ، وهي عملية رياضية تتطلب التقريب إلى عدد معين من الأرقام المهمة، في هذه الحالة رقمين مهمين.

بالإضافة إلى ذلك، تشمل المصادر الأخرى للخطأ التجريبي ما يلي :

• الإهمال
• تحديد الوقت الدقيق الذي يتم فيه إطلاق الجسم والوقت الدقيق الذي يصل فيه إلى الأرض،
• إن قياس الارتفاع وقياس الوقت كلاهما ينطويان على بعض الأخطاء،
• مقاومة الهواء
• وضعية المشاركين من البشر. ^[13]

يجب إجراء التجارب العلمية بعناية كبيرة لإزالة أكبر قدر ممكن من الخطأ، والحفاظ على تقديرات الخطأ واقعية.

في التعريف الكلاسيكي، وهو المعيار في جميع العلوم الفيزيائية، فإن القياس هو تحديد أو تقدير نسب الكميات. ^[14] يتم تعريف الكمية والقياس بشكل متبادل: السمات الكمية هي تلك التي يمكن قياسها، على الأقل من حيث المبدأ. يمكن إرجاع المفهوم الكلاسيكي للكمية إلى جون واليس وإسحاق نيوتن ، وقد تم التنبؤ به في عناصر إقليدس . ^[14]

في نظرية التمثيل، يتم تعريف القياس على أنه "ارتباط الأرقام بالكيانات التي ليست أرقامًا". ^[15] يُعرف الشكل الأكثر تفصيلاً من الناحية الفنية لنظرية التمثيل أيضًا باسم القياس المشترك الإضافي . في هذا الشكل من نظرية التمثيل، يتم تعيين الأرقام بناءً على المراسلات أو أوجه التشابه بين بنية أنظمة الأرقام وبنية الأنظمة النوعية. تكون الخاصية كمية إذا كان من الممكن إثبات مثل هذه التشابهات البنيوية. في الأشكال الأضعف من نظرية التمثيل، مثل تلك الضمنية في عمل ستانلي سميث ستيفنز ، ^[16] لا يلزم تعيين الأرقام إلا وفقًا لقاعدة.

إن مفهوم القياس كثيراً ما يُساء فهمه باعتباره مجرد إسناد لقيمة، ولكن من الممكن إسناد قيمة بطريقة لا تشكل قياساً وفقاً لمتطلبات القياس المشترك الإضافي. فقد يخصص المرء قيمة لطول شخص ما، ولكن ما لم يكن من الممكن إثبات وجود علاقة بين قياسات الطول والعلاقات التجريبية، فإن هذا لا يشكل قياساً وفقاً لنظرية القياس المشترك الإضافي. وعلى نحو مماثل، فإن حساب وتعيين قيم عشوائية، مثل "القيمة الدفترية" لأصل ما في المحاسبة، لا يشكل قياساً لأنه لا يفي بالمعايير الضرورية.

ثلاثة أنواع من النظرية التمثيلية

1. العلاقة التجريبية

   في العلوم، العلاقة التجريبية هي علاقة أو ارتباط يعتمد فقط على الملاحظة وليس النظرية. تتطلب العلاقة التجريبية بيانات تأكيدية فقط بغض النظر عن الأساس النظري.

2. قاعدة رسم الخرائط

   العالم الحقيقي هو مجال رسم الخرائط، والعالم الرياضي هو النطاق. عندما نقوم برسم الخرائط الخاصة بالنظام الرياضي، يكون لدينا العديد من الخيارات لرسم الخرائط والنطاق.

3. شرط تمثيل القياس

إن كل البيانات غير دقيقة وإحصائية بطبيعتها. وبالتالي فإن تعريف القياس هو: "مجموعة من الملاحظات التي تقلل من عدم اليقين حيث يتم التعبير عن النتيجة في صورة كمية". ^[17] وهذا التعريف ضمني فيما يفعله العلماء فعليًا عندما يقيسون شيئًا ويبلغون عن كل من المتوسط ​​والإحصائيات الخاصة بالقياسات. من الناحية العملية، يبدأ المرء بتخمين أولي فيما يتعلق بالقيمة المتوقعة لكمية ما، ثم باستخدام طرق وأدوات مختلفة، يقلل من عدم اليقين في القيمة. وفقًا لهذا الرأي، على عكس نظرية التمثيل الوضعية ، فإن جميع القياسات غير مؤكدة، لذلك بدلاً من تعيين قيمة واحدة، يتم تعيين مجموعة من القيم لقياس. وهذا يعني أيضًا أنه لا يوجد تمييز واضح أو أنيق بين التقدير والقياس.

في ميكانيكا الكم ، القياس هو إجراء يحدد خاصية معينة (موضع، زخم، طاقة، إلخ) لنظام كمي. القياسات الكمومية هي دائمًا عينات إحصائية من توزيع الاحتمالات؛ يكون توزيع العديد من الظواهر الكمومية منفصلًا. ^{[18] : 197} تغير القياسات الكمومية الحالات الكمومية ومع ذلك فإن القياسات المتكررة على الحالة الكمومية قابلة للتكرار. يبدو أن القياس يعمل كمرشح، ويغير الحالة الكمومية إلى حالة ذات قيمة كمية واحدة مقاسة. ^[18] المعنى الواضح للقياس الكمومي هو مشكلة أساسية غير محلولة في ميكانيكا الكم ؛ التفسير الأكثر شيوعًا هو أنه عند إجراء القياس، " تنهار " دالة الموجة للنظام الكمومي إلى قيمة واحدة محددة. ^[19]

في علم الأحياء، لا توجد عمومًا نظرية راسخة للقياس. ومع ذلك، يتم التأكيد على أهمية السياق النظري. ^[20] وعلاوة على ذلك، فإن السياق النظري النابع من نظرية التطور يؤدي إلى صياغة نظرية القياس والتاريخية كمفهوم أساسي. ^[21] ومن بين أكثر مجالات القياس تطوراً في علم الأحياء قياس التنوع الجيني وتنوع الأنواع. ^[22]

• الوسائط المتعلقة بالقياس في ويكيميديا ​​كومنز
• شلودت، أوليفر، 2020: "القياس". في: كيرشوف، توماس (محرر): الموسوعة الإلكترونية فلسفة الطبيعة. هايدلبرغ: جامعة هايدلبرغ، القياس.
• تال، إيرا 2020: "القياس في العلوم". في: زالتا، إدوارد ن. (المحرر): موسوعة ستانفورد للفلسفة (طبعة خريف 2020)، الرابط = <القياس في العلوم>.
• بول، روبرت ستاويل (1883). "القياس"  . الموسوعة البريطانية . المجلد الخامس عشر (الطبعة التاسعة). ص 659-668.
• قاموس وحدات القياس محفوظ في 2018-10-06 على موقع واي باك مشين
• "القياسات – باختصار" الطبعة الثالثة، يوليو 2008 ISBN 978-87-988154-5-7