Spørgsmål:
Hvordan blev ideen om observationsfejl introduceret?
user58697
2018-05-02 09:38:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det første, en moderne studerende i fysik lærer, er målefejlen. Så vidt jeg forstår, var ideen om upræcision helt fremmed for naturfilosoffer i det mindste indtil slutningen af ​​det 18. århundrede. I det 20. århundrede blev forestillingen om eksperimentel fejl standard, og derudover en kilde til dybe ideer.

Er det kendt, hvornår og af hvem og i hvilket papir en fejlmargin for en observation blev først offentliggjort og drøftet?

Tre svar:
Conifold
2018-05-03 02:54:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Astronomer måtte håndtere eksperimentelle fejl for at parametrere deres geometriske modeller mindst så tidligt som Hipparchus og muligvis tidligere. Der er nogle teknikker og ad hoc-metoder, der kan ses i bakspejlet som at beskæftige sig med dem i Ptolemaios Almagest, for eksempel diskuterer han interpolering. Ptolemaios "massering" af Hipparchus 'data blev endda et kontroversielt punkt for nylig, han tilsyneladende bestod visse interpolationer for observerede data med beskyldninger om svindel og plagiering fremkommet af Newton og andre, se Hvornår blev plagiering en stor forseelse i den akademiske verden? Her er en mere velgørende Gingerichs beskrivelse i Trouble with Ptolemy:

" Ptolemy forstod tydeligt geometrien og indså, at ved at strække perioden af den største forlængelse kunne han få de relative placeringer af Venus og jorden (for ham, solen) meget tættere på de ideelle positioner, han havde brug for. Sådanne tilnærmelser er karakteristiske for vores mest indsigtsfulde forskere, der ser dem som en måde at tackle ellers uhåndterlig på problemer ... Det er klart, at han bevidst bevægede sig væk fra det nøjagtige tidspunkt for de største forlængelser for at få den specifikke geometri, han krævede ... Da Ptolemæus kæmpede med målefejl uden nogen fejlteori, var han gentagne gange tvunget til kompromiser for at forene uensartede observationer. "

I Optik V.2 foreslår Ptolemaios en række eksperimenter for at underbygge hans påstand om, at" vinklerne [af brydning ] bærer en vis sammenhængende kvantitativ relation til hinanden med hensyn til de normale "og præsenterer tabeller med relevante data. Ifølge Smiths Ptolemæus og grundlaget for den gamle matematiske optik

" Der er faktisk en specifik matematisk lov implicit i Ptolemaios tabeller, men dens korrekte formulering i algebraiske termer ville have været ud over Ptolemaios i betragtning af begrænsningerne i matematisk notation i hans tid. "

Uanset hvad det var, inspirerede Ptolemeus Optik en tradition, islamiske forfattere skrev uddybninger, der indeholdt nye eksperimentelle data, f.eks. Ibn al-Haythams optikbog (1021) og al-Farisi optik (ca. 1320). Den første person, der udtrykkeligt tematiserer eksperimentelle fejl, kan dog være Ibn al-Haythams nutidige al-Biruni. Hans interesser omfattede minerologi, mekanik og endda hvad vi ville kalde sociologi. Han talte om " fejl forårsaget af brugen af ​​små instrumenter og fejl foretaget af menneskelige observatører " og om analyse (kvalitativ) af flere observationer for at nå frem til en " sund fornuft-værdi for den konstante søgte "for at få et" pålideligt skøn ", hvilket endda antyder det aritmetiske gennemsnit. Dette er ens og mere specifikt end Bacons senere fire idoler i sindet. Rozhanskaya og Levinova skriver i Statics (se Rashed redigeret Encyclopedia Of The History Of Arabic Science):

" Fænomenet statik blev undersøgt ved hjælp af dynamikken tilgang, således at to tendenser - statik og dynamik - viste sig at være indbyrdes forbundne inden for en enkelt videnskab, mekanik ... Talrige fine eksperimentelle metoder blev udviklet til bestemmelse af den specifikke vægt, der især var baseret på teorien om balance og vejning. De klassiske værker af al-Biruni og al-Khazini kan med rette betragtes som begyndelsen på anvendelsen af ​​eksperimentelle metoder inden for middelalderlig videnskab. "

Det er overflødigt at sige, at eksperimentering og håndtering af fejl blev udbredt i det 17. århundrede i Europa, og endnu tidligere var Copernicus, Tycho Brahe og Kepler opmærksomme på astronomiske observationsfejl. Men teorien måtte vente på en vis udvikling af sandsynlighed og statistik. Kvantitativ teori om observationsfejl vises kun i Simpsons erindringsbog af 1755, som diskuterede flere mulige fejlfordelinger, herunder ensartet og trekantet distribution. For den yderligere historie se Hvornår blev statistik en integreret del af fysikken?

Peter Taylor
2018-05-02 14:14:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I Oxford Guide to the History of Physics and Astronomy under overskriften Error and the personal equation skriver Kathryn Olesko:

Siden græsk tid har astronomer erkendt, at observationer blev ramt af fejl, at resultater baseret på dem måske kun var omtrentlige, og at datakvaliteten varierede. Astronomer i det tidlige moderne Europa tog de første skridt mod at give pålidelige skøn over disse fejl. Johannes Kepler, der brugte Tycho Brahes observationer til at udlede den elliptiske form af planetbaner, var sandsynligvis den første til at konstruere et korrektionsudtryk, der tildelte en størrelse til fejl, ...

Det ser ud til for at pege på svaret er Keplers Astronomia nova (1609).

I det mindste for astronomer.
@CarlWitthoft, Jeg kan fortolke den kommentar på flere måder. Jeg antager, at du mener noget i retning af "Måske kom en ikke-astronom der først". Men i betragtning af citatets kilde tror jeg, at det i det mindste skulle være "ikke-astronom ikke-fysiker", og hvilken anden gren af ​​naturfilosofien på det tidspunkt ville have brug for fejlanalyse? Alkemi?
Jeg er ikke sikker på, hvad "naturfilosofi" skal betyde. Teoretikere og praktikere (ingeniører i moderne termer) eksisterede inden for et hvilket som helst antal felter undtagen astronomi. Tag bådebyggere eller kortproducenter som to eksempler.
@CarlWitthoft, i moderne terminologi * naturfilosofi * ville være videnskab, men jeg brugte dette udtryk for sammenhæng med spørgsmålet. (Samtidig brug af * videnskab * i moderne terminologi ville være * viden *).
I Astronomia er Nova Kepler bekymret over uoverensstemmelser mellem den epicykliske sti af Mars og Tychos data, som han stolede på. Med andre ord synes den fejl, han ser på, ikke at være en observation, men en forudsigelsesfejl, som han i sidste ende fjernede ved at erstatte epicykler med ellipser.
@Conifold, henvisningen fra Olesko er [* Om Keplers bevidsthed om problemet med eksperimentel fejl *] (https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00033798700200361?journalCode=tasc20), Giora Hun (1987) Annals of Science, men jeg har ikke adgang til det.
Alexandre Eremenko
2018-05-02 18:24:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Først og fremmest blev ideen om eksperimentel fejl ikke "introduceret", men blev påtvunget forskere af selve eksperimenternes art. Så snart du begynder at måle noget, ser du straks, at resultaterne er forskellige. Hvis du måler noget flere gange og opnår lidt forskellige resultater, er det naturligt at tage gennemsnittet, hvilket forskere rutinemæssigt gjorde. Nu indtil det 17. århundrede var næsten de eneste nøjagtige videnskaber (som involverede nøjagtige målinger) astronomi og geografi / geodesi. (Jeg er kun opmærksom på en beskrivelse af et fysisk eksperiment med målinger fra antikken, og det er meget sandsynligt, at dette virkelig var et "tankeeksperiment", det vil sige, det blev aldrig faktisk udført, og tallene blev beregnet teoretisk. Jeg mener Ptolemaios 'tabel af brydning.)

En anden sag er en matematisk teori om fejl. Det blev udviklet i slutningen af ​​det 18. århundrede uafhængigt af Legendre og Gauss (metoden med mindste kvadrater). Legendre var den første, men denne teori tilskrives normalt Gauss. Deres vigtigste motivation var astronomi og geodesi. Men metoden spredte sig hurtigt til andre videnskaber.

Kan du give citater til den første ** dokumenterede ** brug af gennemsnit for at løse målevariation? Jeg bemærker også, at det at tage et gennemsnit anerkender, at der findes en fejl, men ikke hvordan man vurderer størrelsen.
Re "* det er naturligt at tage gennemsnittet, som forskere rutinemæssigt gjorde *", de relative fordele ved en enkelt måling versus gennemsnittet af flere målinger var genstand for debat i Royal Society (London) så sent som midt i 18. århundrede. Gør prioritet til mindste firkanter (selvom dette bliver lidt uden for emnet): Hvilket bevis er der for, at Legendre udviklede det, før Gauss brugte det i 1801 til at forudsige Ceres 'vej?
@PeterTaylor: 1. On Legendre. Her er en engelsk oversættelse af hans papir: https://www.york.ac.uk/depts/maths/histstat/legendre.pdf 2. Om Royal Society-diskussioner: I modsætning til Royal Society kan jeg ikke lide at diskutere trivielle betyder noget.
Archimedes målte meget (nogle af hans sætninger fik han først eksperimentelt). Oresme gjorde. Det gjorde Galileo. Det gjorde Pascal. Men ideen om upræcision kom aldrig op i deres sind. Selv Hooke diskuterede det ikke i "som udvidelsen så styrken". Undskyld for den sene kommentar. Og den, der nedstemte dit svar, gjorde et dårligt stykke arbejde.


Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 4.0-licens, den distribueres under.
Loading...