1.9: عدم اليقين في القياس: الصِحّة والدقة
يقوم العلماء عادةً بإجراء قياسات متكررة لكمية ما لضمان جودة النتائج التي توصلوا إليها وتقييم دقة النتائج وصِحّتها. يقال إن القياسات دقيقة إذا أسفرت عن نتائج مماثلة للغاية عند تكرارها بنفس الطريقة. يعتبر القياس صحيحاً إذا أسفر عن نتيجة قريبة جدًا من القيمة الحقيقية أو القيمة المقبولة. فالقيم الدقيقة تتفق مع بعضها البعض؛ والقيم الصحيحة تتفق مع القيمة الحقيقية.
لنفترض أن أحد الكيميائيين المختصين بمراقبة الجودة في إحدى شركات الأدوية مكلّف بالتحقق من صِحّة ودقة ثلاث آلات مختلفة، بهدف توزيع 500 مل من شراب السعال على زجاجات التخزين. يشرع الكيميائي في استخدام كل آلة لملء خمس زجاجات ثم يحدد بعناية الحجم الفعلي الذي تم توزيعه، كما هو مذكور في الجدول 1.
| الجدول 1. حجم (mL) من شراب السعال الذي تمت تعبئته بواسطة موزّع سعة 500 مل | ||
| الموزّع رقم 1 | الموزّع رقم 2 | الموزّع رقم 3 |
| 493.5 | 502.4 | 500.0 |
| 494.0 | 498.2 | 499.8 |
| 493.5 | 500.0 | 500.0 |
| 494.0 | 498.5 | 500.1 |
| 494.2 | 494.6 | 499.9 |
بالنظر إلى هذه النتائج، أفاد الكيميائي أن الموزّع رقم 1 دقيق ولكنه غير صحيح. كل القيم الواردة في التوزيع رقم 1 قريبة من بعضها البعض، ولكن لا يوجد أي من القيم قريبة من القيمة المستهدفة وهي 500 مل. أظهرت نتائج الموزّع رقم 2 صِحّة محسّنة (القيم قريبة من 500 مل) ولكن دقة أسوأ (ليست قريبة من بعضها البعض). وأخيراً، أفاد الكيميائي بأن الموزّع رقم 3 يعمل جيداً، وأنه يقوم بإفراغ شراب السعال بصِحّة (كل الأحجام تقع ضمن 0.2 مل من الحجم المستهدف) وبدقة (تختلف الأحجام عن بعضها بمقدار لا يزيد عن 0.2 مل).
تميل القياسات عالية الصِحّة إلى الدقة أيضاً. ومع ذلك، قد لا تكون القياسات عالية الدقة صحيحة بالضرورة. على سبيل المثال، قد يعطي مقياس الحرارة الذي تمت معايرته بشكل غير صحيح أو ميزان وزن معطوب قراءات دقيقة لكنها غير صحيحة.
أخطاء عشوائية ومنهجية
يبذل العلماء قصارى جهدهم لتسجيل قياساتهم بأقصى قدر من الصِحّة والدقة. ومع ذلك، تحدث أخطاء في بعض الأحيان. قد تكون هذه الأخطاء عشوائية أو منهجية.
تتم ملاحظة الأخطاء العشوائية بسبب عدم التناسق أو التقلبات في عملية القياس أو الاختلافات في الكمية نفسها التي يتم قياسها. وتتراوح مثل هذه الأخطاء من عالية للغاية أو منخفضة للغاية عن القيمة الحقيقية في القياسات المتكررة. لنعتبر أن عالِماً يقوم بقياس طول دودة الأرض باستخدام مسطرة. قد يكون الخطأ العشوائي في عملية القياس هذه نتيجة للطريقة غير المتسقة التي يقرأ بها العالِم المقاييس، أو إذا لم’ تكن دودة الأرض ثابتة وقد تشكل حركات جسمها صعوبة في أخذ قياسات الطول الصحيحة. لا يمكن تجنب الخطأ العشوائي؛ ولكن مع ذلك، يمكن حساب متوسّطه الحسابي من خلال التجارب المتكررة.
تنشأ الأخطاء المنهجية من إشكالية مستمرة وتؤدي إلى تناقض ثابت في القياس. تميل هذه الأخطاء إلى أن تكون عالية جداً أو منخفضة جداً عن القيمة الحقيقية بشكل ثابت. هذه الأخطاء يمكن التنبؤ بها وهي في الغالب لها علاقة بطبيعة الأجهزة المستخدمة. على سبيل المثال، قد يزن ميزان وزن تمّت معايرته بشكل غير صحيح أجساماً أثقل من قيمتها الحقيقية بشكل ثابت. ومع ذلك، على عكس الخطأ العشوائي، فإن الأخطاء النظامية لا يمكنها أن حسابها من خلال القياسات المتكررة.
تم اقتباس هذا النص من Openstax وChemistry 2e وSection 1.5: عدم اليقين في القياس، الصِحّة، والدقة.
