Как проводить опыты и описывать их результаты

Понятно, что каждое измерение нужно повторять несколько раз и из результатов вычислять среднее значение x₀ и стандартное отклонение σ. Очень важно тщательно записывать все условия опыта, даже те, которые на первый взгляд могут показаться ненужными.

Сравнивая результаты разных опытов (свои с чужими или свои новые со своими старыми данными), учитывают их стандартные отклонения. Если различие между результатами не превышает суммы стандартных отклонений, то результаты считают согласующимися.

Когда результаты не согласуются, то есть различие между ними больше, чем удвоенная сумма стандартных отклонений, нужно искать причину различия и прежде всего обратить внимание на возможные систематические погрешности: еще раз проверить точность всех приборов, продумать всю последовательность измерений и обработки данных. Полезно попытаться изменить постановку опыта, чтобы исключить влияние систематических погрешностей. Никакого общего рецепта здесь дать нельзя, успех работы зависит от самокритичности и интуиции исследователя. Если не удается объяснить различие данных грубыми систематическими погрешностями (использованием кривых линеек, неправильным считыванием показаний приборов), то начинается Самое интересное—поиск более глубоких причин. Приходится очень тщательно анализировать все отличия в постановке разных опытов. При подозрении, что какой-то фактор может существенно влиять на результаты и приводить к систематическим отклонениям (например, влажность или температура воздуха, время суток и года, происхождение объекта исследования), нужно провести контрольные опыты (при различных значениях влажности, в разное время, на разных объектах и т. п.), чтобы подтвердить свое предположение или отбросить его.

Иногда случается, что все разумные предположения не могут объяснить расхождение данных разных опытов. Можно подумать, что в опытах возникли новые вещества, проявились неизвестные ранее законы природы.

Нащупать такую ситуацию — мечта каждого исследователя. Но чтобы сделать правильные выводы, нужно быть полностью уверенным в точности измерений. Например, в 1893—1894 гг. Рэлей исследовал плотность газообразного азота, полученного разными способами, и нашел, что азот из воздуха тяжелее, чем азот, выделившийся при разложении химических соединений. Плотность была равна (в некоторых единицах) 2,310 и 2,300 соответственно. Различие невелико, меньше, чем 0,5% от каждой из величин, но при тех стандартных отклонениях 0,001 и 0,0001, которые удалось получить, различие оказалось значимым — более 2 (σ₁+σ₂). Эти результаты натолкнули на мысль о том, что в воздухе, очищенном от кислорода, есть не только азот, но и более тяжелый газ. Проверка этого предположения привела к открытию аргона.

Наконец, описывая опыты, следует точно указывать, в каких условиях они были выполнены. Это нужно для того, чтобы опыты можно было повторить в других лабораториях. В современной науке принято верить только воспроизводимым результатам, особенно если речь идет о новых законах природы.

Выводы. Опыты нужно повторять. Определить погрешность результата не менее важно, чем получить сам результат. Достоверное различие новых и старых данных может указать на новые законы природы. Вам поверят только в том случае, если результаты удастся воспроизвести в других лабораториях.