Medición

Con excepción de algunas constantes cuánticas fundamentales , las unidades de medida se derivan de acuerdos históricos. Nada inherente a la naturaleza dicta que una pulgada deba tener una longitud determinada, ni que una milla sea una mejor medida de distancia que un kilómetro . Sin embargo, a lo largo de la historia de la humanidad, primero por conveniencia y luego por necesidad, los estándares de medición evolucionaron para que las comunidades tuvieran ciertos puntos de referencia comunes. Las leyes que regulan la medición se desarrollaron originalmente para prevenir el fraude en el comercio.

Las unidades de medida se definen generalmente sobre una base científica, bajo la supervisión de organismos gubernamentales o independientes, y se establecen en tratados internacionales, entre los que destaca la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), establecida en 1875 mediante el Convenio del Metro , que supervisa el Sistema Internacional de Unidades (SI). Por ejemplo, el metro fue redefinido en 1983 por la CGPM en función de la velocidad de la luz, el kilogramo fue redefinido en 2019 en función de la constante de Planck y la yarda internacional fue definida en 1960 por los gobiernos de Estados Unidos, Reino Unido, Australia y Sudáfrica como equivalente a 0,9144 metros.

En Estados Unidos, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ( NIST ), una división del Departamento de Comercio de Estados Unidos , regula las mediciones comerciales. En el Reino Unido, esta función la desempeña el Laboratorio Nacional de Física (NPL), en Australia el Instituto Nacional de Metrología , ^{[ 9 ]} en Sudáfrica el Consejo para la Investigación Científica e Industrial y en India el Laboratorio Nacional de Física de India .

Antes de la adopción generalizada del Sistema Internacional de Unidades (SI) en todo el mundo, se utilizaban los sistemas británicos de unidades inglesas y, posteriormente, imperiales, en Gran Bretaña, la Commonwealth y Estados Unidos. Este sistema llegó a conocerse como unidades consuetudinarias estadounidenses en Estados Unidos y aún se utiliza allí y en algunos países del Caribe . Estos diversos sistemas de medición se han denominado en ocasiones sistemas de pie-libra-segundo, en referencia a las unidades imperiales de longitud, peso y tiempo, aunque las toneladas, los quintales, los galones y las millas náuticas, por ejemplo, tienen valores diferentes en los sistemas estadounidense e imperial. Muchas unidades imperiales siguen utilizándose en Gran Bretaña, que ha adoptado oficialmente el SI, con algunas excepciones, como las señales de tráfico, donde las distancias se indican en millas (o en yardas para distancias cortas) y los límites de velocidad en millas por hora. La cerveza y la sidra de barril deben venderse por pinta imperial, y la leche en botellas retornables también puede venderse por pinta imperial. Muchas personas miden su altura en pies y pulgadas y su peso en piedras y libras, por mencionar solo algunos ejemplos. Las unidades imperiales se utilizan en muchos otros lugares: por ejemplo, en muchos países de la Commonwealth que utilizan el sistema métrico, la superficie terrestre se mide en acres y la superficie construida en pies cuadrados, especialmente para transacciones comerciales (en lugar de estadísticas gubernamentales). De manera similar, la gasolina se vende por galón en muchos países que utilizan el sistema métrico.

El sistema métrico es un sistema de medición decimal basado en sus unidades de longitud, el metro, y de masa, el kilogramo. Existen varias variantes, con diferentes unidades base , aunque esto no afecta su uso cotidiano. Desde la década de 1960, el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el sistema métrico reconocido internacionalmente. Las unidades métricas de masa, longitud y electricidad se utilizan ampliamente en todo el mundo tanto para fines cotidianos como científicos.

Una regla es una herramienta que se utiliza, por ejemplo, en geometría , dibujo técnico , ingeniería y carpintería, para medir longitudes o distancias o para trazar líneas rectas. Estrictamente hablando, la regla es el instrumento que se usa para trazar líneas rectas, y el instrumento calibrado que se usa para determinar longitudes se llama cinta métrica ; sin embargo, comúnmente se denomina a ambos instrumentos reglas , y el nombre especial de regla se usa para una regla sin marcar. El uso de la palabra " medida ", en el sentido de instrumento de medición, solo sobrevive en la expresión " cinta métrica" , un instrumento que se puede usar para medir pero no para trazar líneas rectas. Como se puede ver en las fotografías de esta página, una regla de carpintero de dos metros se puede plegar hasta una longitud de solo 20 centímetros, para que quepa fácilmente en un bolsillo, y una cinta métrica de cinco metros se retrae fácilmente para caber en una carcasa pequeña.

El tiempo es una medida abstracta de cambios elementales en un continuo no espacial. Se representa mediante números o periodos con nombre, como horas , días , semanas , meses y años . Es una serie de sucesos aparentemente irreversibles dentro de este continuo no espacial. También se utiliza para indicar un intervalo entre dos puntos relativos en dicho continuo.

La masa se refiere a la propiedad intrínseca de todos los objetos materiales de resistir los cambios en su momento lineal. El peso , por otro lado, se refiere a la fuerza descendente que se produce cuando una masa se encuentra en un campo gravitatorio. En caída libre (sin fuerzas gravitatorias netas), los objetos carecen de peso, pero conservan su masa. Las unidades imperiales de masa incluyen la onza , la libra y la tonelada . Las unidades métricas, gramo y kilogramo, también son unidades de masa.

Un dispositivo para medir peso o masa se denomina báscula o, simplemente, balanza. Una báscula de resorte mide la fuerza, pero no la masa; una balanza de precisión compara el peso. Ambas requieren un campo gravitatorio para funcionar. Algunos de los instrumentos más precisos para medir peso o masa se basan en celdas de carga con lectura digital, pero requieren un campo gravitatorio para funcionar y no funcionarían en caída libre.

Las medidas utilizadas en economía son las medidas físicas, las medidas de valor nominal y las medidas de precio real . Estas medidas se diferencian entre sí por las variables que miden y por las variables que excluyen de las mediciones.

En el campo de la investigación mediante encuestas, se toman medidas de las actitudes, valores y comportamientos individuales utilizando cuestionarios como instrumento de medición. Al igual que todas las demás mediciones, la medición en la investigación mediante encuestas también es vulnerable al error de medición , es decir, la desviación entre el valor real de la medición y el valor proporcionado por el instrumento de medición. ^{[ 11 ]} En la investigación sustantiva mediante encuestas, el error de medición puede conducir a conclusiones sesgadas y efectos estimados erróneamente. Para obtener resultados precisos, cuando aparecen errores de medición, es necesario corregirlos .

Las siguientes reglas se aplican generalmente para mostrar la exactitud de las mediciones: ^{[ 12 ]}

• Todos los dígitos distintos de cero y los ceros que aparecen entre ellos son importantes para la exactitud de cualquier número. Por ejemplo, el número 12000 tiene dos dígitos significativos y límites implícitos de 11500 y 12500.
• Se pueden añadir ceros adicionales después del separador decimal para indicar una mayor exactitud, aumentando así el número de decimales. Por ejemplo, el 1 implica límites de 0,5 y 1,5, mientras que el 1,0 implica límites de 0,95 y 1,05.

En la definición clásica, estándar en todas las ciencias físicas, la medición es la determinación o estimación de razones de cantidades. ^{[ 14 ]} Cantidad y medición se definen mutuamente: los atributos cuantitativos son aquellos que se pueden medir, al menos en principio. El concepto clásico de cantidad se remonta a John Wallis e Isaac Newton , y fue anticipado en los Elementos de Euclides . ^{[ 14 ]}

En la teoría representacional, la medición se define como "la correlación de números con entidades que no son números". ^{[ 15 ]} La forma más técnicamente elaborada de la teoría representacional también se conoce como medición conjunta aditiva . En esta forma de la teoría representacional, los números se asignan en función de correspondencias o similitudes entre la estructura de los sistemas numéricos y la estructura de los sistemas cualitativos. Una propiedad es cuantitativa si se pueden establecer tales similitudes estructurales. En formas más débiles de la teoría representacional, como la implícita en el trabajo de Stanley Smith Stevens , ^{[ 16 ]} los números solo necesitan asignarse según una regla.

El concepto de medición suele malinterpretarse como la mera asignación de un valor, pero es posible asignar un valor de una manera que no constituya una medición según los requisitos de la medición conjunta aditiva. Se puede asignar un valor a la altura de una persona, pero a menos que se pueda establecer una correlación entre las mediciones de altura y las relaciones empíricas, no se trata de una medición según la teoría de la medición conjunta aditiva. Del mismo modo, calcular y asignar valores arbitrarios, como el "valor contable" de un activo, no es una medición porque no satisface los criterios necesarios.

Tres tipos de teoría representacional

1. Relación empírica

   En ciencia, una relación empírica es una relación o correlación basada únicamente en la observación , y no en la teoría. Una relación empírica solo requiere datos confirmatorios, independientemente de su fundamento teórico.

   La regla de mapeo

   El mundo real es el ámbito de la representación, y el mundo matemático es el rango. Cuando un atributo se asigna a un sistema matemático, existen múltiples opciones para la representación y el rango.

   La condición de representación de la medición

Todos los datos son inexactos y de naturaleza estadística. Por lo tanto, la definición de medición es: «Un conjunto de observaciones que reducen la incertidumbre, donde el resultado se expresa como una cantidad». ^{[ 17 ]} Esta definición está implícita en lo que hacen los científicos cuando miden algo e informan tanto la media como las estadísticas de las mediciones. En términos prácticos, se parte de una estimación inicial del valor esperado de una cantidad y, luego, utilizando diversos métodos e instrumentos, se reduce la incertidumbre en dicho valor. Desde esta perspectiva, a diferencia de la teoría de la representación positivista , todas las mediciones son inciertas, por lo que, en lugar de asignar un único valor, se asigna un rango de valores a una medición. Esto también implica que no existe una distinción clara y precisa entre estimación y medición.

En mecánica cuántica , una medición es una acción que determina una propiedad particular (como la posición, el momento o la energía) de un sistema cuántico. Las mediciones cuánticas son siempre muestras estadísticas de una distribución de probabilidad ; la distribución para muchos fenómenos cuánticos es discreta, no continua. ^{[ 18 ] : 197} Las mediciones cuánticas alteran los estados cuánticos y, sin embargo, las mediciones repetidas en un estado cuántico son reproducibles. La medición parece actuar como un filtro, cambiando el estado cuántico a uno con el único valor cuántico medido. ^{[ 18 ]} El significado inequívoco de la medición cuántica es un problema fundamental sin resolver en mecánica cuántica ; la interpretación más común es que cuando se realiza una medición, la función de onda del sistema cuántico " colapsa " a un único valor definido. ^{[ 19 ]}

En biología, generalmente no existe una teoría de la medición bien establecida. Sin embargo, se enfatiza la importancia del contexto teórico. ^{[ 20 ]} Además, el contexto teórico derivado de la teoría de la evolución permite articular la teoría de la medición y la historicidad como una noción fundamental. ^{[ 21 ]} Entre los campos de medición más desarrollados en biología se encuentran la medición de la diversidad genética y la diversidad de especies. ^{[ 22 ]}