測量、單位與有效數字
隨機誤差(random error)
/ RAN-dum EHR-ur /
試著把量筒裡液面的確切刻度連讀十遍。你的數字會有些晃動——25.31、25.29、25.32、25.30——並不是因為哪裡壞了,而是因為微小、不可控的變動絲絲縷縷地鑽進每一次讀數:手的輕微抖動、光線的一閃、一絲暖意。這種時高時低、無法消去的抖動,就是隨機誤差。
隨機誤差是重複測量中不可預測的散布,沒有固定方向:它把讀數推高和推低的可能性一樣大。正因為這種不偏不倚,當你對許多次測量取平均時,它往往會相互抵消——這正是我們做平行測定的原因。它是不精密的來源,並用統計方式來描述——用標準偏差,以及重複讀數通常勾勒出的那條鐘形高斯分布曲線。
隨機誤差之所以重要,是因為它給「測量能精密到什麼程度」設了一個下限;而且與系統誤差不同,它永遠無法被徹底消除,只能被減小——靠多做平行測定取平均、用更穩定的儀器,或控制環境。需要誠實說明的是:取平均能馴服隨機誤差,卻對系統誤差毫無辦法,所以一個緊密、散布小的結果讓人對精密度安心,卻完全無法說明答案是否真實。
在一臺靈敏天平上把同一枚硬幣稱五次,得到 3.2741、3.2739、3.2742、3.2740、3.2738 g。末位因隨機誤差而跳動;把這五個讀數取平均,能得到更精密的最佳估計。
那個游移的末位,正是隨機誤差在作怪。
取平均使均值中的隨機誤差大致按測量次數的平方根成比例減小——所以讀數多到四倍,也只能把均值的散布減半。
又稱
另見