Bez ohledu na to, jak opatrní jste při provádění experimentů, pravděpodobně dojde k experimentální chybě. Ať už jde o výzvy spojené s přesným měřením nebo problémy s vaším zařízením, je celkem nemožné se vyhnout chybám. Aby se tomuto problému zabránilo, vědci dělají vše pro to, aby chyby kategorizovali a kvantifikovali jakoukoli nejistotu v provedených měřeních. Zjištění rozdílu mezi systematickými a náhodnými chybami je klíčovou součástí učení se při navrhování lepších experimentů a minimalizaci případných chyb, které by se plazily.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Systematické chyby obvykle vyplývají ze zařízení, které není správně kalibrováno. Každé měření, které provedete, se bude mýlit o stejnou částku, protože je problém s vaším měřicím zařízením. Náhodné chyby jsou nevyhnutelné a jsou výsledkem potíží s měřením nebo pokusem o měření veličin, které se časem mění. Tyto chyby budou kolísat, ale obecně se shlukují kolem skutečné hodnoty.
Co je náhodná chyba?
Náhodná chyba popisuje chyby, které kolísají kvůli nepředvídatelnosti nebo nejistotě vlastní procesu měření nebo kolísání množství, které se pokoušíte měřit.
Vědec, který měří hmyz, by se například pokusil umístit hmyz do nulového bodu pravítka nebo měřicí tyčinky a přečíst hodnotu na druhém konci. Samotné pravítko bude pravděpodobně měřit pouze na nejbližší milimetr a jeho čtení s přesností může být obtížné. Můžete podceňovat skutečnou velikost hmyzu nebo jej přeceňovat na základě toho, jak dobře přečtete stupnici a svého úsudku, kde se hlava hmyzu zastaví. Hmyz se také může z nulové polohy pohybovat tak mírně, aniž byste si to uvědomovali. Opakované měření vícekrát přináší mnoho různých výsledků, ale pravděpodobně by se shlukovalo kolem skutečné hodnoty.
Podobně měření množství, které se mění od okamžiku k okamžiku, vede k náhodné chybě. Například rychlost větru se může v různých časových obdobích zvyšovat a klesat. Pokud provedete měření jednu minutu, pravděpodobně to nebude přesně stejné o minutu později. Opakovaná měření opět povedou k výsledkům, které kolísají, ale shlukují se kolem skutečné hodnoty.
Co je systematická chyba?
Systematická chyba je chyba, která je výsledkem trvalého problému a vede ke konzistentní chybě ve vašich měřeních. Například pokud byla vaše měřicí páska natažená, vaše výsledky budou vždy nižší než skutečná hodnota. Podobně, pokud používáte váhy, které nebyly předem nastaveny na nulu, dojde k systematické chybě vyplývající z chyba v kalibraci (např. pokud skutečná hmotnost 0 bude 5 gramů, 10 gramů bude 15 a 15 gramů bude 20).
Další rozdíly mezi systematickými a náhodnými chybami
Hlavní rozdíl mezi systematickými a náhodnými chybami spočívá v tom, že náhodné chyby vedou k výkyvům kolem skutečné hodnoty v důsledku obtíží měření, zatímco systematické chyby vedou k předvídatelným a konzistentním odchylkám od skutečné hodnoty kvůli problémům s kalibrací vašeho zařízení. To vede ke dvěma dalším rozdílům, které stojí za zmínku.
Náhodné chyby jsou v zásadě nevyhnutelné, systematické chyby nikoli. Vědci nemohou provádět dokonalá měření bez ohledu na to, jak jsou dovední. Pokud se množství, které měříte, liší od okamžiku k okamžiku, nemůžete ho přestat měnit, když jste proveďte měření a bez ohledu na to, jak podrobné je vaše měřítko, jeho přesné čtení stále představuje a výzva. Dobrou zprávou je, že opakování měření několikrát a měření průměru efektivně tento problém minimalizuje.
Systematické chyby mohou být obtížné rozpoznat. Je to proto, že všechno, co změříte, se pokazí o stejnou (nebo podobnou) částku a možná si neuvědomíte, že vůbec existuje problém. Na rozdíl od náhodných chyb se jim však lze často úplně vyhnout. Před použitím zařízení řádně zkalibrujte a systematické chyby budou mnohem méně pravděpodobné.