是的,您必须包括所有“相关变量”,但您必须对此精明。您必须考虑构建实验的方法,将您的现象的影响与不相关的东西隔离开来,这在现实世界(而不是教室)研究中是大量的。在你进入统计之前,你必须在你的领域做繁重的工作,而不是统计。
我鼓励你不要对包含所有相关变量持怀疑态度,因为这不仅是一个崇高的目标,而且因为它通常是可能的。我们不只是为了说这件事而说这件事。我们真的是认真的。事实上,设计能够包含所有相关变量的实验和研究是让科学真正有趣的原因,并且与机械样板“实验”不同。
为了激发我的发言动机,我将举一个伽利略如何研究加速度的例子。这是他对实际实验的描述(来自此网页):
取一块长约十二肘、宽半肘、厚三指宽的木条;在它的边缘上切出一条宽度略大于一根手指的通道;把这个凹槽做得非常直、光滑、抛光,并用羊皮纸衬里,也尽可能光滑和抛光,我们沿着它滚动一个坚硬、光滑、非常圆的青铜球。把这块木板放在一个倾斜的位置,把一端抬高一到两肘,就像我刚才说的那样,我们沿着通道滚动球,以即将描述的方式注意到所需的时间使下降。我们不止一次地重复了这个实验,以便准确地测量时间,使两次观察之间的偏差永远不会超过脉搏的十分之一。在执行了这个操作并确保了它的可靠性之后,我们现在只滚动了通道长度的四分之一;在测量了它下降的时间后,我们发现它正好是前者的一半。接下来我们尝试了其他距离,将整个长度的时间与一半的时间进行比较,或者与三分之二的时间,或四分之三的时间,或者实际上是任何分数的时间进行比较。在这样的实验中,重复了整整一百次,我们总是发现经过的空间彼此之间是时间的平方,这对于平面的所有倾斜都是正确的,即我们沿着通道滚动的通道球。我们还观察到,对于飞机的不同倾斜度,下降时间彼此之间的比率恰好是我们稍后将看到的比率,
为了测量时间,我们使用了一个放置在高处的大型水容器。在这个容器的底部焊接了一根小直径的管子,在每次下降时,我们将水流收集在一个小玻璃杯中,无论是整个通道长度还是部分长度;每次下降后,用非常精确的天平对如此收集的水进行称重;这些权重的差异和比率为我们提供了时间的差异和比率,并且其精确度如此之高,以至于尽管该操作被重复了很多次,但结果并没有明显的差异。
所以,伽利略的模型是
d=gt2,
在哪里d是经过的距离,g- 加速和t- 时间。他会在全距离滚动球d0=1并建立基准时间t0. 他继续以不同的方式进行 100 次测量di测量时间ti. 然后他计算d0/di和t20/t2i. 如果他的模型是正确的,那么您将拥有d0di=t20t2i
.
注意他是如何测量时间的。它是如此粗糙,以至于让我想起了这些天非自然科学如何衡量它们的变量,想到“客户满意度”或“效用”。他提到测量误差在十分之一单位时间内,顺便说一句。
他是否包括了所有相关变量?是他做的。现在,您必须了解所有物体都通过重力相互吸引。因此,理论上要计算球上的确切力,您必须将宇宙中的每个物体都添加到方程中。而且,更重要的是他没有包括表面阻力、空气阻力、角动量等。这些都影响了他的测量吗?是的。但是,它们与他正在研究的内容无关,因为他能够通过隔离他正在研究的财产的影响来减少或消除它们的影响。
现在,你会说他的系数(正好 2t2)是否具有误导性,因为他“没有控制实验之间的气压和温度变化”?不。尽管有所有的问题和限制,他还是能够正确地建立运动的主要定律,今天仍然保持着疯狂的精确度!他能够在没有统计软件包和计算机的情况下完成这项工作,因为他设计了一个伟大的实验,使得统计部分变得微不足道,几乎无关紧要。这就是你想要的想法。