למי צלצל הפעמון?

במצפה הכוכבים שבגטינגן ישב קרל פרידיריך גאוס ועמל על חישוב מסלוליהם של גרמי השמיים. גאוס, גדול המתמטיקאים של המאה ה-17 (ואולי גדול המתמטיקאים אי פעם), היה מודע לטעויות המדידה של תצפיותיו. הוא הבחין כי להתפלגות של הטעויות המצטברות יש צורה פעמונית – רוב הטעויות מתרכזות סביב ערך מרכזי, אבל לעיתים ערכי הטעויות מצטברים לסכום גבוה או נמוך במיוחד. גאוס הצליח למצוא את הנוסחה המתמטית המאפיינת את ההתפלגות הפעמונית הזו ופרסם אותה במאמר בשנת 1809. אבל האם הבחין כי מדובר בחוק כללי הניתן ליישום גם לגבי תופעות אחרות? ייתכן שכן, אך הוא לא טרח לתעד זאת.

אברהם דה-מואבר, צרפתי הוגנוטי שגלה לאנגליה בסוף המאה ה-17, לא הצליח למצוא משרה אקדמית בארצו החדשה, ולכן נאלץ לעסוק בהוראה פרטית ובייעוץ למהמרים. הוא חקר את פרופורציית ההצלחות בסדרות של הימורים, וגילה כי להתפלגות הפרופורציות יש צורה פעמונית – בדרך כלל פרופורציית הזכיות קרובה לסיכוי הזכיה בהימור, אך לעתים פרופורציית הזכיות גבוהה במיוחד או נמוכה במיוחד. דה-מואבר הצליח למצוא את הנוסחה  המתמטית המאפיינת את ההתפלגות הפעמונית הזו, ואף הוכיח כי כאשר מספר ההימורים גדל, הולכת ההתפלגות ומתקרבת אל הנוסחה התיאורטית. הוא פרסם תוצאה זו בספר שהופיע בשנת 1718. למרבה הצער, ספרו של המתמטיקאי האלמוני לא היה לרב מכר, למרות שהופיע במספר מהדורות.

פייר סימון לפלס לא היה מתמטיקאי אלמוני כלל וכלל כאשר הופיע ספרו “התיאוריה האנליטית של ההסתברות” בשנת 1812. לפלס התעניין גם בהימורים וגם בתנועות הכוכבים, ולכן הכיר גם את עבודתו של גאוס בנושא, וגם את המשפט של דה-מואבר. לכן הבחין לפלס בקשר בין שתי העבודות, ויצר מהן משפט חדש – משפט הגבול המרכזי. עבודתו של לפלס הושלמה על ידי מתמטיקאים שבאו אחריו – פואסון, צ’ביצ’ב, מרקוב, ליאפונוב, לינדברג, פלר ולוי – כולם תרמו לניסוח ההוכחה המדוייקת של משפט זה.

על פי משפט הגבול המרכזי (בניסוח רשלני) – ההתפלגות של ממוצע תצפיות מקריות ובלתי תלויות שואפת לגבול מרכזי – וגבול זה הוא ההתפלגות הפעמונית המפורסמת. התפלגות זו ידועה בגרמניה בשם “התפלגות גאוסיאנית”, בצרפת בשם “התפלגות לפלס” ובכל מקום אחר בשם “ההתפלגות הנורמלית”. גרמניה הביעה את הערכתה לגאוס כאשר הדפיסה את דיוקנו על השטר של 10 מרק (שכבר אינו בשימוש). על השטר ניתן לראות את הפעמון המפורסם של העקומה הנורמלית ואת הנוסחה המתמטית המאפיינת אותה.

המשפט הזה מקל עד מאוד את חייהם של הסטטיסטיקאים – במקרים רבים מאוד אין צורך לחשב הסתברויות מדוייקות – כיוון שעל ידי שימוש במשפט ניתן לערוך חישוב מקורב שהינו מדוייק דיו לכל צורך מעשי. שיטתו של גאוס להערכת שגיאות המדידה (שהוזכרה בראשית רשימה זו) משמשת עד היום כל חוקר במדעי הטבע והחברה – פשוט אין בנמצא שיטה טובה ממנה (על כך אכתוב ברשימה אחרת) ועקרונות המשפט המקורי שניסח דה-מואבר עומדים ביסודותיהם של כל סקרי הדגימה ומספקים פרנסה לכל מכוני הסקרי למינהם.

פורסם לראשונה באתר “רשימות” בתאריך 11 בספטמבר 2005