方法论

本页展示 TransformUnits 每一个数字背后的方法:每个换算系数的来源、哪些数值是国际协定规定的精确值、哪些是测量值,以及本站自身的局限所在。下文中的每一个数字都可以对照所引用的来源核实。

从国际单位制基本单位到换算系数

国际单位制(SI)定义了七个基本单位——米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔和坎德拉——其余所有单位都由它们导出。同一类别中两个单位之间的换算系数,就是各单位大小与该类别基本单位之间的比值。

示例推导:一英里等于多少米?一英里被定义为恰好 1,760 国际码。国际码由 1959 年 7 月 1 日澳大利亚、加拿大、新西兰、南非、英国和美国的标准机构共同签署的国际码与磅协定,规定为恰好 0.9144 米。因此 1 英里 = 1,760 × 0.9144 米 = 1,609.344 米——这是一个精确值,因为这两个步骤都是精确定义,而非测量结果。

本站的每一个系数都以同样方式构建:把该单位追溯到其类别的参照单位(长度对应米、质量对应千克——二者都是SI基本单位;体积对应升——升是可与SI并用的单位,但本身并非SI基本单位;依此类推),再以完整精度存储所得比值。四舍五入(如果发生)只在显示结果时进行,绝不会在存储之前进行(见下文“四舍五入与精度”)。

按定义精确 与 测量所得

并非所有计量数值都具有同一种确定性。有些换算系数按定义精确,由国际协定确定,不存在任何不确定度;另一些则是(或曾经是)带有误差范围的实验测量值。

  • 按定义精确:国际磅恰好等于 0.45359237 千克,国际英寸恰好等于 25.4 毫米,二者均由 1959 年国际码与磅协定确定。自 2019 年 5 月 20 日起,千克通过将普朗克常数固定为恰好 6.62607015 × 10-34 J·s 来定义,取代了此前用作定义标准的铂铱实物原器。
  • 测量所得,而非定义:2019 年之前,开尔文通过宣布水的三相点恰好为 273.16 K 来确定。2019 年重新定义之后,开尔文改为通过将玻尔兹曼常数固定为恰好 1.380649 × 10-23 J/K 来定义,因此水的三相点不再是精确的参考点——它现在是一个带有微小实验不确定度的测量量。过去是定义的东西变成了测量值,反之亦然。

一个把所有数字都以同等确信度呈现的网站,其实是在歪曲自己的数据。当本站的某个数值只是某个真实、会变化的量在某一时刻的快照,而非固定定义时——电力碳排放系数就是最明显的例子——本站会明确说明来源和年份,而不是把它当作常数呈现。

为什么温度需要偏移量,而不只是比例

长度、质量和体积的换算都是纯比例关系:乘以一个系数,零点就已经对齐。温度标度却没有共同的零点——0°C 是水的冰点,0°F 是另一个点,比它低大约 32 华氏度,而 0 K 是绝对零度,是完全不同的物理状态。零点不重合的标度,单靠乘法无法换算;换算除了比例之外,还需要一个加上或减去的偏移量(这是仿射变换,而非线性变换)。这就是为什么本站的温度换算要以开尔文为中间步骤来计算,而不像其他类别那样使用单一存储比例。

开尔文标度的实际实现——真实温度计究竟如何校准——由国际计量委员会通过的 1990 年国际温标(ITS-90)定义。ITS-90 规定了一系列可重复的固定点(例如平衡氢的三相点和银的凝固点),以及用于这些固定点之间区间的标准内插仪器,如铂电阻温度计,从而使不同国家校准的温度计在实践中彼此一致。

四舍五入与精度

每个存储的换算系数都保留完整的双精度浮点精度;数据库中不会预先四舍五入任何数值。屏幕上显示的内容,是在生成页面时做出的显示决策:

  • 结果最多显示 8 位小数,并去除末尾的零,因此结果显示为“2.5”,而不是“2.50000000”。
  • 非常大的结果(10 亿或以上)或非常小的结果(小于 0.000001)会切换为科学计数法,因为在这种量级下,固定的八位小数要么难以阅读,要么会造成精度虚高的假象。
  • 结果恰好为零时,始终显示为“0”。

这是一项显示策略,而不是关于这些位数对你的具体计算有多少实际意义的断言。若起始数值本身只测量到两位有效数字,那么显示八位小数的结果并不比显示两位小数的结果更“准确”——针对具体计算判断有效数字,留给读者自行把握,因为这取决于原始输入的精度,而这一点本站无从得知。

已知局限

明确说明本站不做什么,是方法本身的一部分,而不是与之分离的附加说明:

  • 碳排放:电力转 CO2e 类别使用单一的全球平均排放系数,并在相关页面注明来源和年份。真实的电网碳强度会因国家、发电结构和年份而异,最清洁与最“肮脏”的国家电网之间有时可相差十倍甚至更多。请将该类别视为数量级估算,而非特定国家或特定供应商数值的替代。
  • 烹饪体积:体积类别提供公制茶匙(5 毫升)和公制汤匙(15 毫升)——世界大多数地区使用的计量方式——而不是笼统的“茶匙”或“杯”。美制常用茶匙(≈4.93 毫升)和美制法定杯(240 毫升)与它们同名的公制单位并不相同,若不加说明地将二者混为一谈,会比干脆不提供它们更糟糕。
  • 本站有意不提供的内容:心率变异性换算类别(RMSSD ↔ SDNN)已被移除,而不是配上一个凭空编造的系数发布出去。RMSSD 和 SDNN 是对同一段心跳间期序列的两种不同统计度量,二者之间并不存在固定比例;其关系取决于所测心率信号本身的形态,而这在不同记录、不同人之间各不相同。在二者之间发布一个数值“换算”,等于陈述了一个错误的事实。相关移除记录见更新日志中的对应条目。

主要资料来源