心理量与物理量的关系定律

心理量与物理量的关系定律
心理物理学一词最早由Fechner在1860年提出，是研究“心理量与物理量”两者数量关系（函数关系）的心理学分支学科。

从而将人的感受与仪器测得的数据建立联系，以期通过简洁明了的数学模型来描述复杂的心里感官与外界刺激之间的联系，进而探究人在感受外界刺激时的数理规律。

从字面意思来看，心理物理学是为了建立心理学与物理学之间的联系而诞生。

这门关于身体世界与心理世界、物理世界与心理世界之间关系的精确科学，一方面必须建立在心理学的基础上，另一方面也要给心理学提供数学基础。

本质上，心理物理学分为外部心理物理学和内部心理物理学。

外部心理物理学借用物理学的辅助工具和方法；内部心理物理学则更多地倾向于借助生理学、解剖学和神经系统的知识。

我们把通过内省观察或由内省观察总结出来的内容称为精神的、心理的或灵魂的，把通过外部观察或由外部观察总结出来的内容称为身体的、肉体的、物理的或物质的。

这些定义只涉及了事物的表现方面，它们之间的关系问题依赖心理物理学来解决。

心理被视为物理刺激的直接函数，物理刺激就被视作心理的一种载体。

物理刺激过程伴随心理改变，从而构成了两者之间直接的函数关系。

心理物理学试图尽量准确、简明地定义身心表现模式之间的函数关系。

本文以心理物理学领域的三大定律——韦伯定律(Weber Law)、费希纳定律(Fechner Law)、史蒂文斯定律(Stevens Law)为载体，对三大定律的产生、验证、局限和应用进行介绍，并对心理物理学的发展现状和发展瓶颈做出解读。

读完这篇文章，希望你对心理物理学有一个全新的、基本的认识。

人物介绍：
威尔海姆·爱德华特·韦伯(Wilhelm Eduard Weber,1804-1891)，出生在德国维滕贝格，是德国物理学家、生理学家和心理学家，被誉为19世纪最重要的物理学家之一。

著名的现代物理学家爱因斯坦(Einstein)曾师从Weber。

Weber 提出了电磁作用的基本定律，为建立电学单位的绝对测量做出了巨大贡献。

除了广泛的电磁学实验外，他还进行了物理生理学实验。

Weber最早证明了“阈值”这一概念。

后来，其学生Fechner把他的研究结果转变成数学公式，“Weber定律”由此诞生。

Weber定律有多种不同的表述方式，但它们的基本内涵一致。

①：如果两个刺激的大小比例一定，那么无论这两个刺激的绝对大小是多大，它们之间的差异会被感受为是相同的，或者是产生了同样的差异或增量的感受。

举例来说，由100cm增高到101cm和由200cm 增高到202cm的造成的差异感受是一样的。

②：只要相对刺激差异或相对刺激增量保持不变，那么其造成的感受差异或增量也相同；如果刺激的比率保持不变，那么它们引起的感受差异或增量也相同。

其用公式表示：K=△I/I，其中K称为Weber比例、Weber率。

Weber的研究是从“肌肉感觉”开始的，他想知道肌肉对于重量不同物体的辨别能力。

他用三组不同重量的物体对受试者进行实验。

受试者分别拿起100g 和120g的物体，能轻松判断出差别，但是，当两个物体变为200g和220g时，却感觉不到差别。

他发现，辨别能力不取决于两个物体之间的重量差值，而是取决于两者重量的比例关系。

于是Weber得出结论：人们的“肌肉感觉”不遵循线性关系，而是遵循对数关系。

后来，他又对其他感觉进行了类似的实验验证，均得到了上述结论。

Weber在实验中发现“最小可觉差”（指受试者对于某一特定的感官刺激
能感觉到的最小改变）可以用分数表示，每一种感官都有其相对不变的“最小可觉差”。

他还发现同一刺激的差别量必须达到一定的比例，才能被受试者感觉到。

此外，高强度刺激接近饱和状态，低强度刺激导致测量误差过大，所以Weber 定律仅适用于中等强度的刺激。

人物介绍：
古斯塔夫·西奥多·费希纳(Gustav Theodor Fechner,1801-1887)，德国人，出生在萨克森王国下路萨提亚省的一个小山村。

他成长于拿破仑战争的混乱时期，在莱比锡大学读书时深受Weber的影响。

Fechner被誉为心理物理学的开创者，也是近代著名的生理学家、实验美学家、哲学家。

他一生共发表论文183篇，出版著作81部。

1860年，基于Weber 的研究，他提出了“Fechner定律”（也称Weber-Fechner定律），同年，由他在编写的《心理物理学纲要》一书问世，为心理学奠定了基础。

为了描述连续意义上心理量与物理量的关系，Fechner定律诞生。

青年时期的Fechner系统学习了医学、物理学和化学，这些学习使他相信自然界是有序的，可以像研究自然一样研究人的精神世界。

他认识到，日常生活中存在着一种数量关系，当感觉强度按算术级数增长的时候，刺激似乎是以几何级数增长的。

如果有4-5支蜡烛正在燃烧，再点亮1支能产生较小的差别，但是，如果原来只有2支蜡烛燃烧，那么再点亮1支所造成的影响就很大了。

所以，他得出“刺激的作用不是绝对的，而是相对的”这一结论，即人们对刺激的感知与已经存在的量有关，也可以理解为变化的那部分占原来总体的百分比。

后来，他又通过亮度、视觉、触觉距离实验进行验证。

实验开始后不久，他发现20多年前Weber已经证明这一点。

但是，他与
Weber的研究仍然存在很大的不同，Weber关注的是“最小可觉差”，而Fechner 关注的是“联系精神世界和物质世界的关系”。

Fechner认为每个最小可觉差可以看作感觉上的一个最小变化，并假设每个最小可觉差的主观量都是相等的。

例如，举重的Weber比例K为0.03，那么无论是一块重石还是一朵棉花，只要增加或减少原来重量的0.03倍，其重量差别的主观量都是相等的。

Fechner定律揭示了心理量与物理量之间存在的数量关系，用公式表示：S=klogR。

其含义是感觉量与物理量的对数值成正比，即感觉量的增加落后于物理量的增加，物理量成几何级数形式增长，心理量成算术级数形式增长。

此定律同样适用于中等强度的刺激。

人物介绍：
斯坦利·史密斯·史蒂文斯(Stanley Smith Stevens,1906-1973)，出生于美国犹他州的奥格登，是美国著名的心理物理学家。

Stevens命途多舛，童年被祖父的一夫多妻制家庭影响，经历了父母双亡、妻子抑郁等多重磨难。

他于1933年在哈佛大学获得博士学位，毕业后担任哈佛大学心理物理学实验室教授和主任。

Stevens以研究声音强度的感觉而闻名，在1953年提出了心理物理的幂函数定律(Stevens定律)，弥补了传统心理物理学的不足；在1960年获美国心理学会颁发的杰出科学贡献奖。

Stevens定律也称“幂函数定律”，它是相较于Weber定律和Fechner定律较晚提出的心理物理学定律，是感官心理物理学领域的一项里程碑式的成就。

Stevens定律以“数量估计法”为理论基础，让受试者对心理感受按强度赋予数值，不涉及中介变量或中介反应。

Stevens定律认为，感觉量的大小与刺激量的乘方成正比，即心理量是物理量的幂函数，用公式表达：S=kI^n，其中，
n表示人的知觉对物理刺激变化的敏感度。

Stevens定律的指数n存在三种情况：n＝1时，感官感知强度与物理刺激强度成线性关系，即受试者在评估刺激强度时与指定的物理仪器具有相同的灵敏度；n＞1时，受试者感知刺激的敏感度大大提高；n＜1时，受试者的敏感度较低。

此外，不同的感官属性具有截然不同的n值，n值也很难被精确确定。

实际应用表明，Stevens定律可用于测量几乎所有的心理量，在实际生活中具有广泛的用途。

但是，Stevens定律同时也存在两个局限：①等号左右两边单位不一致。

由此引入了相对刺激强度S=k(I/I。

)^n来代替绝对刺激强度，当方程的两边都无量纲时，修正的Stevens定律变得自洽，并且无论物理刺激的单位是什么，该理论都适用。

②在感官属性的感知中涉及多个物理刺激时不适用。

所以，引入了感觉派生的概念，将感觉属性分为初级感觉和派生感觉。

初级感觉可以用Stevens定律有效地描述，而派生感觉由于涉及多个感觉刺激或多水平的感觉派生而超出了Stevens定律的适用范围。