下麵的故事表明,過度地追求精確也是愚笨的。假如你問博物館的警衛某塊恐龍的化石距今多少年了。他回答七千五百萬零三年。看著你一臉狐疑的樣子,他解釋道,當他三年前來這裏當警衛時,化石已經有七千五百萬年曆史了。
我們中的很多人在使用計算器時也會犯同樣的錯誤。假設23.0加侖的汽油可以供我們行駛327英裏。如果用327除以23,在計算器上會得到14.217 391 3…,但是這不能作為本題的答案。我們並沒有把路程和油耗的數據精確到十億分之一,因此答案不可能如此精確。則正確的油耗應該為327英裏/23.0加侖≈14.2英裏/加侖。
科學計算中有很多用於處理有效數字的法則。值得慶幸的是,大部分法則我們都不需要。
本書中,我們始終在10的倍數範圍內估算數量。因此,係數幾乎總是隻有一位數字。這就意味著我們會把7.2×103表示為7×103。從第二位開始,我們的估算值就不準確了。保留更多的位數其實是在欺騙,顯得我們對答案的了解程度要比實際情況透徹得多。
隻保留一位有效數字還有一個好處:不需要借助計算器來解決這些問題。隻要你在不用計算器的情況下能做一位數或兩位數(指數)的加減法,或一位數的乘除法,那就完全可以繼續運算了。
2.3 關於單位的注意事項
作為學生和科學家,我們已經使用公製很多年了。但是我們仍然用英寸、英尺、磅和華氏溫度(美國的慣用單位)來思考,因為那些都是我們日常使用的度量單位。估算時我們通常先用美國單位,然後轉換為公製單位。問題解決後再轉換回美國單位。如果我們在日常生活中也要使用公製單位,我們就得做大量這樣的工作了。因為像千米/小時(km/h)、升(L)、立方厘米(cm3)這樣的單位並不屬於米—千克—秒單位製。
為什麼大家都不厭其煩地那樣做呢?用公製進行計算要簡單得多,因為轉換因子僅僅是10的冪(試試不使用計算器把英裏轉化成英寸),而且在公製中轉換體積這樣的量也要容易得多。我們知道1升=1 000立方米,1立方米=1000升。而1加侖相當於多少立方英寸呢,1立方英尺又相當於多少杯呢?我們肯定不知道。
除了能簡化單位轉換之外,公製(SI或者叫國際單位製)還能使很多計算大大簡化。所有的數量都標準化為米、秒和千克了。因此,力的單位牛頓(N)等於1 kg·m/s2。我們對單位采用如下的縮略形式:m(米)、s(秒)、kg(千克)、W(瓦特)、J(焦耳)、N(牛頓)、L(升)、h(小時)等等。更多的國際單位製見美國國家標準及技術研究所(NIST)的網站:http://physics.nist.gov/cuu/Units/index.html。我們將為美國的慣用單位采用如下的縮寫形式:mi(英裏)、ft(英尺)、in.(英寸)、gal(加侖)和lb(磅)。