Niepewność pomiaru: dokładność i precyzja

Naukowcy dokonują powtarzających się pomiarów wielkości podczas eksperymentów, aby upewnić się, że ich wyniki są dokładne i precyzyjne.

Dokładność pomiaru to stopień zbliżenia wyników do wartości rzeczywistej lub przyjętej.

Zastanówmy się nad dwoma studentami, A i B, którzy wielokrotnie ważyli sztabkę złota, o której wiadomo, że jej rzeczywista masa wynosi 10 gramów. Uczeń A podał trzy wartości - 9,5 grama, 10 gramów i 10,5 grama, podczas gdy student B zgłosił masy 8,5 grama, 8,6 grama i 8,5 grama. Uczeń A podał wartości bliższe rzeczywistej masie pręta w porównaniu ze studentem B. Tak więc pomiary dokonane przez studenta A były bardziej "dokładne".

Z drugiej strony precyzja jest miarą tego, jak bardzo wyniki są ze sobą zgodne lub jak bardzo są powtarzalne. Mówi się, że pomiar jest dokładny, jeśli daje bardzo podobne wyniki po powtórzeniu w tych samych warunkach. Na przykład wartości masy sztabki złota podane przez studenta B były bardzo podobne do siebie w porównaniu ze studentem A. To jest właśnie "precyzja".

Dokładność i precyzja to dwie odrębne cechy pomiaru, które są od siebie niezależne. W związku z tym określony zestaw pomiarów może być albo dokładny, albo dokładny, albo żaden, albo jedno i drugie.

Pomiary masy sztabki złota dokonane przez studenta A były dokładniejsze, bliskie prawdziwej wartości 10 gramów, ale nie precyzyjne, ponieważ nie były one blisko siebie. Wręcz przeciwnie, pomiary dokonane przez studenta B były precyzyjne, ale niezbyt dokładne.

Bardzo dokładne wartości również są precyzyjne. Jak waga pokazująca wielokrotnie rzeczywiste lub bliskie rzeczywiste masy dla wszystkich obiektów. Jednak bardzo precyzyjne pomiary niekoniecznie muszą być dokładne;  Jeśli ta sama waga jest nieprawidłowo skalibrowana, może dawać precyzyjne, ale niedokładne odczyty. Może to prowadzić do błędów naukowych. 

Częstym problemem są błędy w procesie pomiaru. Takie błędy można podzielić na dwie kategorie - losowe i systematyczne. 

Błędy losowe są wynikiem niespójności w procesie pomiarowym lub zmian w mierzonej ilości. Powodują one wahania, zbyt wysokie lub zbyt niskie, wokół wartości rzeczywistej. Wyobraźmy sobie naukowca mierzącego długość dżdżownicy za pomocą suwmiarki. Niekonsekwencja naukowca w prawidłowym odczytaniu wagi, lub ciągły ruch ciała dżdżownicy podczas pomiaru, może skutkować nieprawidłowymi pomiarami długości. Błędu losowego nie da się uniknąć, jednak można go uśrednić za pomocą powtarzających się prób.

Błędy systematyczne są wynikiem uporczywego problemu i prowadzą do stałej rozbieżności w pomiarach. Błędy te są zwykle albo zbyt wysokie, albo zbyt niskie w porównaniu z rzeczywistą wartością. Na przykład wzorce masy mierzone za pomocą nieprawidłowo skalibrowanej wagi. Są one przewidywalne i w większości związane z przyrządami. Jednak w przeciwieństwie do błędu losowego, nie można go uśrednić przy wielokrotnym pomiarze.