ความแตกต่างระหว่างข้อผิดพลาดของระบบและข้อผิดพลาดแบบสุ่ม

ไม่ว่าคุณจะทำการทดลองด้วยความระมัดระวังแค่ไหน ก็มีแนวโน้มว่าจะมีข้อผิดพลาดในการทดลอง ไม่ว่าจะผ่านความท้าทายในการวัดอย่างถูกต้องหรือมีปัญหากับอุปกรณ์ของคุณ การหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดโดยสิ้นเชิงนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์พยายามอย่างดีที่สุดเพื่อจัดหมวดหมู่ข้อผิดพลาดและหาปริมาณความไม่แน่นอนในการวัดที่พวกเขาทำ การค้นหาความแตกต่างระหว่างข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบและแบบสุ่มเป็นส่วนสำคัญของการเรียนรู้ที่จะออกแบบการทดลองที่ดีขึ้นและเพื่อลดข้อผิดพลาดที่คืบคลานเข้ามาน้อยที่สุด

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบมักเกิดจากอุปกรณ์ที่ไม่ได้รับการปรับเทียบอย่างถูกต้อง การวัดแต่ละครั้งที่คุณใช้จะผิดพลาดในจำนวนที่เท่ากัน เนื่องจากมีปัญหากับอุปกรณ์วัดของคุณ ข้อผิดพลาดแบบสุ่มเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และเป็นผลมาจากความยากลำบากในการวัดหรือพยายามวัดปริมาณที่แตกต่างกันไปตามเวลา ข้อผิดพลาดเหล่านี้จะผันผวนแต่โดยทั่วไปคลัสเตอร์รอบค่าจริง

ข้อผิดพลาดแบบสุ่มอธิบายข้อผิดพลาดที่ผันผวนเนื่องจากความคาดเดาไม่ได้หรือความไม่แน่นอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการวัดของคุณ หรือความผันแปรของปริมาณที่คุณพยายามวัด

ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ที่วัดแมลงจะพยายามวางตำแหน่งแมลงไว้ที่จุดศูนย์ของไม้บรรทัดหรือไม้วัด แล้วอ่านค่าที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ไม้บรรทัดเองน่าจะวัดได้เพียงมิลลิเมตรที่ใกล้ที่สุดเท่านั้น และการอ่านด้วยความแม่นยำอาจเป็นเรื่องยาก คุณอาจประเมินขนาดที่แท้จริงของแมลงต่ำไปหรือประเมินค่าสูงไป โดยขึ้นอยู่กับว่าคุณอ่านมาตราส่วนได้ดีเพียงใดและวิจารณญาณของคุณว่าหัวของแมลงหยุดอยู่ที่ใด แมลงอาจเคลื่อนที่เล็กน้อยจากตำแหน่งศูนย์โดยที่คุณไม่รู้ตัว การวัดซ้ำหลายครั้งทำให้ได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมากมายด้วยเหตุนี้ แต่น่าจะรวมกลุ่มรอบค่าที่แท้จริง

ในทำนองเดียวกัน การวัดปริมาณที่เปลี่ยนแปลงจากช่วงเวลาหนึ่งไปยังอีกขณะหนึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดแบบสุ่ม เช่น ความเร็วลมอาจขึ้นและตก ณ จุดต่างๆ ในเวลาที่แตกต่างกัน หากคุณทำการวัดหนึ่งนาที ค่านั้นอาจจะไม่เหมือนเดิมทุกประการในนาทีต่อมา อีกครั้ง การวัดซ้ำจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ผันผวนแต่จัดกลุ่มรอบค่าที่แท้จริง

ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบคือข้อผิดพลาดที่เกิดจากปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและนำไปสู่ข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันในการวัดของคุณ ตัวอย่างเช่น หากเทปวัดของคุณถูกยืดออก ผลลัพธ์ของคุณจะต่ำกว่าค่าจริงเสมอ ในทำนองเดียวกัน หากคุณใช้เครื่องชั่งที่ยังไม่ได้ตั้งค่าเป็นศูนย์ล่วงหน้า จะเกิดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบซึ่งเป็นผลมาจาก ข้อผิดพลาดในการสอบเทียบ (เช่น หากน้ำหนักจริง 0 อ่านเป็น 5 กรัม 10 กรัมจะอ่านเป็น 15 และ 15 กรัมจะอ่านว่า 20).

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบและข้อผิดพลาดแบบสุ่มคือ ข้อผิดพลาดแบบสุ่มทำให้เกิดความผันผวนรอบ ๆ ค่าจริงอันเป็นผลมาจากความยากลำบากในการรับ การวัด ในขณะที่ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบนำไปสู่การออกจากค่าจริงที่คาดการณ์ได้และสม่ำเสมอเนื่องจากปัญหาในการสอบเทียบของคุณ อุปกรณ์. สิ่งนี้นำไปสู่ความแตกต่างพิเศษสองประการที่ควรค่าแก่การสังเกต

ข้อผิดพลาดแบบสุ่มเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในขณะที่ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถวัดผลได้อย่างสมบูรณ์ ไม่ว่าพวกเขาจะมีทักษะแค่ไหนก็ตาม หากปริมาณที่คุณกำลังวัดแตกต่างกันไปในแต่ละช่วงเวลา คุณไม่สามารถหยุดการเปลี่ยนแปลงได้ในขณะที่คุณ ทำการวัดและไม่ว่าสเกลของคุณมีรายละเอียดมากน้อยเพียงใด การอ่านอย่างถูกต้องก็ยังคงเป็น ท้าทาย. ข่าวดีก็คือ การวัดซ้ำหลายครั้งและการหาค่าเฉลี่ยจะช่วยลดปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ข้อผิดพลาดของระบบอาจมองเห็นได้ยาก เนื่องจากทุกสิ่งที่คุณวัดจะผิดพลาดในจำนวนเท่ากัน (หรือใกล้เคียงกัน) และคุณอาจไม่ทราบว่ามีปัญหาเลย อย่างไรก็ตาม มักจะสามารถหลีกเลี่ยงได้ไม่เหมือนกับข้อผิดพลาดแบบสุ่ม ปรับเทียบอุปกรณ์ของคุณอย่างเหมาะสมก่อนใช้งาน และข้อผิดพลาดที่เป็นระบบจะมีโอกาสเกิดขึ้นน้อยกว่ามาก