題:
如何引入觀察誤差的概念?
user58697
2018-05-02 09:38:52 UTC
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當代物理學系學生學習的第一件事是測量誤差。據我了解,至少在18世紀末之前,不精確的想法對自然哲學家來說是完全陌生的。在20世紀,實驗誤差的概念成為標準,最重要的是,深刻的思想來源。是第一次發表和討論?

三 答案:
Conifold
2018-05-03 02:54:00 UTC
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天文學家必須處理實驗錯誤,以至少在Hipparchus之前,甚至更早地對它們的幾何模型進行參數化。在托勒密的《 Almagest》中,有一些技術和臨時方法可以事後考慮,例如他討論了插值法。托勒密對Hipparchus數據的“按摩”最近甚至成為爭議點,他顯然通過了對觀察到的數據的某些插值,牛頓等人提出了欺詐和竊的指控,請參閱 When竊何時成為學術界的主要不當行為?這是Gingerich在托勒密的麻煩中描述的更慈善的內容:

托勒密清楚地理解了幾何形狀,並意識到通過延長句點他可以使金星和地球(對他來說,太陽)的相對位置更接近他所需的理想位置,這種近似值是我們最有見識的科學家的特徵,他們將它們視為解決其他棘手問題的一種方法問題...很明顯,他故意離開了最大伸長率的確切時間,以便獲得所需的特定幾何形狀...由於托勒密在沒有任何誤差理論的情況下進行測量誤差,

在光學V.2中,托勒密提出了一系列實驗,以證實他的主張:“折射的角度]與法線之間確實具有一定的一致性定量關係”,並提供了相關數據列表。但是,根據史密斯的托勒密和古代數學光學的基礎

事實上,托勒密的表格中隱含著一個特定的數學定律,但是考慮到他當時的數學符號的局限性,以托勒密的形式適當地代數表達就已經超出了托勒密。

無論如何,托勒密的光學激發了一個傳統,伊斯蘭作家撰寫了詳盡的闡述,其中包括新的實驗數據,例如伊本·海瑟姆(Ibn al-Haytham)的《光學之書》(1021)和法里西的《光學》(c。1320)。但是,第一個明確地化解實驗錯誤的人可能是伊本·海瑟姆(Ibn al-Haytham)的當代 al-Biruni。他的興趣包括礦物學,力學,甚至我們稱之為社會學。他談到“由於使用小型儀器而引起的錯誤和人類觀察者的錯誤”,並談到了對多個觀察的分析(定性)以得出“ 常識”。尋求的常數”,甚至給出算術平均值的“ 可靠估計”。這與培根後來的四個心靈偶像相似且更為具體。 Rozhanskaya和Levinova用靜電學寫作(請參見Rashed編輯的阿拉伯科學歷史百科全書):

通過使用動力學研究了靜電現象。從而使兩種趨勢–靜力學和動力學–在單一的科學,力學中相互關聯...開發了許多用於確定比重的精細實驗方法,這些方法特別是基於天平理論可以將al-Biruni和al-Khazini的經典作品視為中世紀科學中實驗方法應用的開端。

毋庸置疑,實驗和錯誤處理在17世紀的歐洲變得很普遍,甚至更早的哥白尼,第谷·布拉赫和開普勒也意識到了天文觀測錯誤。但是理論必須等待概率和統計學的發展。觀測誤差的定量理論僅出現在辛普森1755年的回憶錄中,該回憶錄討論了幾種可能的誤差分佈,包括均勻分佈和三角形分佈。有關進一步的故事,請參見統計學何時成為物理學的組成部分?

Peter Taylor
2018-05-02 14:14:03 UTC
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《牛津物理學與天文學史指南》 中,凱瑟琳·奧列斯科(Kathryn Olesko)在標題錯誤和個人等式下寫道:

自從希臘時代以來,天文學家已經認識到觀測結果受到誤差的影響,因此基於觀測結果的結果可能只是近似的,而且數據的質量也各不相同。近代歐洲的天文學家已採取第一步,對這些誤差進行了可靠的估計。約翰尼斯·開普勒(Johannes Kepler)使用第谷·布拉赫(Tycho Brahe)的觀測結果得出了行星軌道的橢圓形狀,他可能是第一個構造校正項的人,該校正項為誤差指定了幅度,...似乎指出答案是開普勒的《天文學新星》(1609)。

好吧,至少對於天文學家而言。
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我不確定“自然哲學”是什麼意思。除了天文學,理論家和實踐者(現代工程師)還存在於許多領域。以造船廠或製圖廠為例。
現代術語*自然哲學*中的@CarlWitthoft,將是科學,但是我使用該術語是為了與問題保持一致。 (在現代術語中同時使用* science *是* knowledge *)。
在天文學中,新星開普勒(Nova Kepler)關注火星的周轉路徑與第谷(Tycho)的數據之間的差異,他對此表示信任。換句話說,他所觀察到的錯誤似乎不是觀察值,而是預測錯誤,他最終通過用省略號替換了上位輪來消除了這一錯誤。
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Alexandre Eremenko
2018-05-02 18:24:11 UTC
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首先,不是“引入”實驗誤差的想法,而是由於實驗本身的性質而將其強加給了科學家。一旦開始測量,就會立即發現結果有所不同。如果您多次測量某物並獲得略有不同的結果,則取平均值是很自然的,這是科學家的常規做法。直到17世紀,幾乎只有精確的科學(涉及精確的測量)才是天文學和地理/大地測量學。 (我只知道一個對帶有古代測量的物理實驗的描述,這很有可能確實是一個“思想實驗”,這是從未真正執行過的,並且從理論上計算了數字。我的意思是托勒密的表格

另一件事是誤差的數學理論。它由Legendre和Gauss(最小二乘法)於18世紀末獨立開發。勒讓德是第一個,但是這個理論通常歸因於高斯。他們的主要動機是天文學和大地測量學。但是這種方法很快傳播到其他科學領域。

您能否提供對第一個“證明”的使用平均值來解決測量差異的引用?我還要指出,取平均值可以識別出存在誤差,但不能評估幅度。
關於“ *自然而然地取科學家們經常做的平均值*”,一次測量相對於多次測量的平均值的相對優缺點是(倫敦)皇家學會爭論的晚期, 18世紀。在最小二乘上重新設置優先級(儘管這有點偏離主題):在高斯在1801年使用Legendre預測Ceres的路徑之前,有哪些證據表明Legendre開發了它?
@PeterTaylor: 1.在Legendre上。這是他論文的英文翻譯:https://www.york.ac.uk/depts/maths/histstat/legendre.pdf 2.關於皇家社會的討論:與皇家社會不同,我不喜歡瑣碎的討論很重要。
阿基米德確實測量了很多(他首先通過實驗獲得的一些定理)。奧里斯梅做到了。伽利略做到了。帕斯卡做到了。但是,不精確的想法從來沒有出現過。甚至胡克(Hooke)都沒有在“作為擴展如此之力”中進行討論。對不起,我的評論太晚了。誰投票支持你的答案做得不好。


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