Einführung in die Messdatenanalyse für das Physikalische ...

1 Datenanalyseund Messunsicherheiten
In den Naturwissenschaften bilden Messverfahren und Messdaten die Grundlage, um quantitative
Aussagen über physikalische Größen zu ermöglichen. Dabei soll der Erfahrungsprozess
dem subjektiven Einfluss des beobachtenden Individuums soweit es geht entzogen, und die
Erfahrung so objektiviert werden. Messdaten sind daher die Säulen, auf denen die modernen
Wissenschaften stehen. Dementsprechend hoch sind die Ansprüche, die wir als Wissenschaftler
an die Qualität unserer Messdaten stellen müssen.
Auf der anderen Seite wissen wir aber auch, dass moderne Messmethoden äußerst aufwändig
sind. Messdaten müssen im Allgemeinen mit einem großen Einsatz von Arbeit und Kosten
gesammelt werden. Von daher sind Messdaten eine kostbare Sache und es liegt in der Verantwortung
jedes Wissenschaftlers, überlegt und sorgfältig mit den Daten umzugehen.
Messdaten sind dabei grundsätzlich immer mit Unsicherheiten behaftet, d. h. unsere Information
über eine Messgröße ist immer in gewissem Maße unvollständig. Im alltäglichen Leben
sind wir es dabei meist gewohnt implizit anzunehmen, dass auftretende Messunsicherheiten
klein genug sind, um einen sinnvollen Umgang mit den jeweiligen Messgrößen zu ermöglichen
(z. B. Waage beim Metzger) und in vielen Fällen wird dies auch z. B. durch Vorschriften des
gesetzlichen Eichwesens sichergestellt. Im Gegensatz dazu ist jedoch eine explizite Angabe von
Messunsicherheiten in den Naturwissenschaften stets zwingend erforderlich:
Die Angabe des Messwertes einer physikalischen Größe ist ohne Angabe der zugehörigen
Unsicherheit wissenschaftlich wertlos. Die Unsicherheit beschreibt dabei die Qualität der
Information, die im Messergebnis enthalten ist.
Die Unsicherheitsangabe erfolgt dabei gemäß:
Messwert±Unsicherheit (1)
Darüber hinaus ist es wichtig, dass Unsicherheiten international auf einheitliche Weise ermittelt
und angegeben werden. Nur so ist es beispielsweise möglich, Messdaten verschiedener Arbeitsgruppen
untereinander zu vergleichen oder die Resultate einer neuen Theorie anhand des Pools
weltweit gesammelter Daten zu einer physikalischen Größe zu überprüfen.
Der derzeit de facto weltweit akzeptierte Standard zur Angabe von Messunsicherheiten wird
dabei durch den Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (kurz: GUM [1]) festgelegt.
Er wird mittlerweile vom Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM) herausgegeben,
dem sowohl die Internationale Organisation für Normung (ISO) in Genf als auch das Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris angehören.
Gemäß GUM lautet die international vereinbarte Definition des Begriffes Messunsicherheit [1]:
Messunsicherheit ist ein Parameter, der dem Messergebnis beigeordnet ist und der die Streuung
derjenigen Schätzwerte kennzeichnet, die der Messgröße auf der Basis vorliegender
Information vernünftiger Weise zugewiesen werden können.
Wie genau diese Zuweisung quantitativ zu erfolgen hat, ist im Folgenden zu klären. Interessant
an dieser Stelle ist, dass es sich bei der Unsicherheit um eine Größe handelt, die Information
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