Ein Experiment ist in den Naturwissenschaften ein Verfahren, das durchgeführt wird, um eine Hypothese zu untermauern oder zu widerlegen oder um die Wirksamkeit oder Wahrscheinlichkeit von etwas zu ermitteln, das zuvor nicht erprobt wurde. Experimente geben Aufschluss über Ursache und Wirkung, indem sie zeigen, welches Ergebnis eintritt, wenn ein bestimmter Faktor manipuliert wird.

Experimente in den Fakultäten Physik, Chemie und Biologie sind in Bezug auf Ziel und Umfang sehr unterschiedlich, beruhen aber immer auf einem wiederholbaren Verfahren und einer logischen Analyse der Ergebnisse.

Die Ergebnisse eines Experiments unterliegen der Forderung nach Reproduzierbarkeit – Nachvollzug mit gleichem Ergebnis durch andere Forscher, an anderem Ort, zu anderer Zeit – als ein Kriterium der Glaubwürdigkeit.

Nach Karl Poppers "kritischem Rationalismus" lassen sich (Hypo-)Thesen grundsätzlich nicht beweisen (verifizieren), sondern nur widerlegen (falsifizieren). Widerlegt das Experiment die Hypothese nicht, kann dies als Stützung der Hypothese aufgefasst werden, sofern die Ergebnisse für die Hypothese relevant sind.

Übersicht

Ein Kind kann einfache Experimente durchführen, um zu verstehen, wie Dinge zu Boden fallen, während Wissenschaftlerteams jahrelang systematische Untersuchungen durchführen können, um ihr Verständnis eines Phänomens zu verbessern. Experimente und andere Arten von praktischen Aktivitäten sind sehr wichtig für das Lernen der Schüler im naturwissenschaftlichen Unterricht. Experimente können zu besseren Testergebnissen führen und dazu beitragen, dass sich die Schülerinnen und Schüler mehr für den Lernstoff engagieren und interessieren, vor allem, wenn sie über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden.

Experimente können von persönlichen und informellen natürlichen Vergleichen (z. B. Verkostung einer Reihe von Pralinen, um eine Lieblingssorte zu finden) bis hin zu hochgradig kontrollierten Versuchen (z. B. Tests, die komplexe Geräte erfordern und von vielen Wissenschaftlern beaufsichtigt werden, die hoffen, Informationen über subatomare Teilchen zu entdecken) reichen.

Experimentelle Methoden werden nicht nur in den Naturwissenschaften, sondern auch in den Geistes- und Sozialwissenschaften eingesetzt.

Arten

Experimente können nach einer Reihe von Dimensionen kategorisiert werden, je nach den professionellen Normen und Standards in verschiedenen Studienbereichen.

In einigen Disziplinen (z. B. Psychologie oder Politikwissenschaft) ist ein „echtes Experiment“ eine Methode der Sozialforschung, bei der es zwei Arten von Variablen gibt. Die unabhängige Variable wird vom Experimentator manipuliert, und die abhängige Variable wird gemessen. Ein echtes Experiment zeichnet sich dadurch aus, dass die Versuchspersonen nach dem Zufallsprinzip zugewiesen werden, um eine Verzerrung durch den Experimentator auszuschließen, und dass über eine große Anzahl von Wiederholungen des Experiments sichergestellt wird, dass alle Störfaktoren kontrolliert werden.

Je nach Fachgebiet können Experimente durchgeführt werden, um verschiedene, aber sich nicht gegenseitig ausschließende Ziele zu erreichen: Theorien zu testen, nach Phänomenen zu suchen und diese zu dokumentieren, Theorien zu entwickeln oder politische Entscheidungsträger zu beraten. Diese Ziele stehen auch in unterschiedlichem Zusammenhang mit der Frage der Validität.

Anwendung

Ein Kind kann einfache Experimente durchführen, um zu verstehen, wie Dinge zu Boden fallen, während Wissenschaftlerteams jahrelange systematische Untersuchungen durchführen können, um ihr Verständnis eines Phänomens zu verbessern. Experimente und andere praktische Aktivitäten sind für das Lernen der Schüler im naturwissenschaftlichen Unterricht sehr wichtig. Sie können zu besseren Klausuren führen und dazu beitragen, dass sich die Schülerinnen und Schüler mehr für den Lernstoff engagieren und interessieren, vor allem, wenn sie über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden.

Experimente können von persönlichen und informellen natürlichen Vergleichen (z. B. Verkostung einer Reihe von Pralinen, um eine Lieblingssorte zu finden) bis hin zu hochgradig kontrollierten Versuchen (z. B. Tests, die komplexe Geräte erfordern und von vielen Wissenschaftlern beaufsichtigt werden, die hoffen, Informationen über subatomare Teilchen zu entdecken) reichen. Die Verwendung von Experimenten ist in den Human- und Naturwissenschaften sehr unterschiedlich.

Gedankenexperimente sind Experimente, die in Gedanken, nicht in Wirklichkeit ausgeführt werden, um im Rahmen einer Theorie zu Erkenntnissen zu gelangen. Zuweilen kann ein Gedankenexperiment später bei verbesserten Versuchsmöglichkeiten als reales Experiment durchgeführt werden.

Kontrollen

Experimente umfassen in der Regel Kontrollen, die dazu dienen, die Auswirkungen anderer Variablen als der einzigen unabhängigen Variablen zu minimieren. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Ergebnisse, oft durch einen Vergleich zwischen Kontrollmessungen und den anderen Messungen. Wissenschaftliche Kontrollen sind ein Teil der wissenschaftlichen Methode. Im Idealfall werden alle Variablen in einem Experiment kontrolliert (durch die Kontrollmessungen berücksichtigt) und keine ist unkontrolliert. Wenn in einem solchen Experiment alle Kontrollen wie erwartet funktionieren, kann man daraus schließen, dass das Experiment wie beabsichtigt funktioniert und dass die Ergebnisse auf die Wirkung der getesteten Variablen zurückzuführen sind.

Ethik

Da die Verteilung der unabhängigen Variable(n) unter der Kontrolle des Forschers steht, ergeben sich bei einem Experiment - insbesondere, wenn es sich um menschliche Versuchspersonen handelt - potenzielle ethische Erwägungen, wie die Abwägung von Nutzen und Schaden, die gerechte Verteilung von Interventionen (z. B. Behandlungen für eine Krankheit) und die Einwilligung nach Aufklärung. In der Psychologie oder im Gesundheitswesen ist es zum Beispiel unethisch, Patienten eine minderwertige Behandlung zukommen zu lassen.
Daher sollen Ethikkommissionen (z.B. der Deutsche Ethikrat) klinische Versuche und andere Experimente stoppen, wenn eine neue Behandlung nicht so gut ist wie die derzeit beste Praxis.

Es ist auch generell unethisch (und oft illegal), randomisierte Experimente zu den Auswirkungen minderwertiger oder schädlicher Behandlungen durchzuführen, wie z. B. zu den Auswirkungen der Einnahme von Arsen auf die menschliche Gesundheit. Um die Auswirkungen solcher Expositionen zu verstehen, verwenden Wissenschaftler manchmal Beobachtungsstudien, um die Auswirkungen dieser Faktoren zu ermitteln.

Auch wenn die experimentelle Forschung nicht direkt mit menschlichen Versuchspersonen durchgeführt wird, kann sie dennoch ethische Bedenken aufwerfen. Bei den Atombombenexperimenten des Manhattan-Projekts wurde beispielsweise davon ausgegangen, dass nukleare Reaktionen den Menschen schaden können, obwohl die Experimente nicht direkt an Menschen durchgeführt wurden.