Eksperiment

Eksperiment (fra latin: experiri, «prøve»; sammenlign med ekspert) er en vitenskapelig metode, en prøve og et tiltak for å utprøve en teori uten å vite om den kan bevises før eksperimentet er foretatt gjentatte ganger.

Oversikt

Eksperimentering er en bevisst tilnærming innenfor vitenskapelig forskning der man gjør en manipulasjon – en endring – i situasjonen for å observere hvilke virkninger dette har. Bortsett fra manipulasjonen holdes alt annet konstant. Eksperimentets hensikt er å undersøke om manipulasjonen gir den virkningen man forventer. Som vitenskapelig metode er et eksperiment en empirisk metode (basert på erfaring og observasjon) som skiller mellom stridende eller konkurrerende modeller eller hypoteser. Eksperimentering er også benyttet for å prøve eksisterende teorier eller nye hypoteser for å finne støtte for dem eller motbevise dem.
Et barn kan utføre grunnleggende eksperimenter for å forstå tyngdekraftens vesen mens grupper av vitenskapelige forskere kan benytte flere år på systematiske undersøkelser for å få fremgang i forståelsen av et fenomen. Eksperimenter kan variere fra personlig og uformell naturlig sammenligninger til meget kontrollerte; eksempelvis omstendelige prøver som er nødvendige for å oppdage informasjon om subatomære partikler, hvilket skjer med verdens største partikkelakselerator i CERN.
Et eksperiment kan ha som mål å svare på spørsmålet «hva om?» uten en særskilt forventning om at eksperimentet vil avsløre eller bekrefte tidligere resultater. Om et eksperiment er omsorgsfullt utført vil resultatene vanligvis enten støtte eller motbevise hypotesen. I henhold til en del vitenskapsfilosofi, kan et eksperiment aldri «bevise» en hypotese, det kan bare gi støtte til det. Tilsvarende kan et eksperiment gi et mot-eksempel som motbevise en teori eller hypotese. Et eksperiment kan også kontrollere mulige forvirrende faktorer — alle faktorer som kan skade nøyaktigheten eller repeterbarheten av eksperimentet eller muligheten til tolke resultatene.
Innenfor teknikk og andre fysiske vitenskaper er eksperimenter en elementær komponent i den vitenskapelige metode. De er benyttet for å utprøve teorier og hypoteser om hvordan fysiske prosesser virker under særskilte forhold (eksempelvis om en spesiell teknisk prosess kan føre til en ønsket kjemisk sammensetning). Det er typisk at eksperimenter i disse fagene vil fokusere på å reprodusere identiske prosedyrer i håp om å få identiske resultat i hver reproduksjon. 
I medisin og samfunnsmessige vitenskaper varierer forekomsten av eksperimentell forskning stort i de ulike fagene, både av praktiske, ressursmessige, epistemologiske og etiske grunner. Når det benyttes følger eksperimenter vanligvis formen av klinisk forsøk hvor eksperimentelle enheter (vanligvis individuelle mennesker) er vilkårlig gitt en behandling eller kontrollert forhold hvor et eller flere utganger er fastsatt. I kontrast til fysiske vitenskaper er fokuset vanligvis på den gjennomsnittlige behandlingseffekt (forskjellen i resultatet mellom behandlingen og kontrollgruppene) eller annen statistisk prøve som framkommer av eksperimentet. En enkeltstudie vil vanligvis ikke involvere gjentagelser av eksperimenter, men adskilte studier kan bli gjenopptatt ved systematisk gjennomgang og metaanalyse. En utfordring ved å gjennomføre eksperimenter med mennesker kan være at man konstruerer kunstige situasjoner som ikke er overførbar til den virkelige verden. Videre er det et problem at de som deltar i studiet kan bli påvirket av selve målingen, den såkalte Hawthorneeffekten. Frafall av deltakere kan også bli et problem om det viser seg at denne er systematisk.

Historie

Greske Galenos (ca. 130 – ca. 200) var den største utøver av legekunsten i antikken, Han forsøkte å skape en egentlig legevitenskap basert på aristokratiske forestillinger om hva vitenskap skulle være. Ved disseksjoner og eksperimenter forsøkte han å oppnå konkret viten om anatomi for å påvise hvor tidligere hypoteser eller teorier var feil. Han tok selv feil på en rekke områder, men leverte også en rekke observasjoner som stadig er korrekte. Det viktigste er at Galenos er en av de første som arbeidet i tett samspill mellom observasjon og teori. Han etterprøvde påstander med eksperimenter og framsatte teorier på bakgrunn av systematisk observasjon.
I middelalderen begynte universitetene å bli opprettet i Europa, men rådende studium var hovedsakelig Aristoteles' skrifter fra antikken. Aristoteles' fire årsaker dannet den teoretiske modell for hva sunn vitenskap var. Flere universiteter spesialiserte seg, og ved University of Oxford begynte enkelte lærde på midten av 1200-tallet med hva som kan kalles for eksperimentell vitenskap. Det vil si forskning som ikke utelukkende analyserte tidligere lærde tekster. Blant disse var Robert Grosseteste (ca. 1175 – 1253) som har blitt karakterisert som den egentlige grunnleggeren av den vitenskapelige tradisjon i middelalderens Oxford. Roger Bacon (1215 – 1292) var hans mest kjente elev, og Grossetestes forskning på optikk ble fortsatt av Bacon som studerte lys og linser, noe som resulterte i de første brukbare briller. Begge var påvirket av arbeidet til arabiske forgjengere, særlig Al-Haitham (ca. 965 – 1039), astronom, fysiker og matematiker som virket i Kairo. Al-Haitham understreket viktigheten av at forskerne er skeptisk og forsøke å gjenta de eksperiment som andre forskere har gjort før dem: «Plikten til de som undersøker vitenskapsforskeres skrifter, om det å lære sannheten er målet, er å gjøre seg selv til en fiende av alt han leser, og angripe det fra alle kanter. Han bør også mistenke seg selv når han utfører sine kritiske undersøkelser av det, slik at han kan unngå å falle i enten forutinntatthet eller lemfeldighet.»
Et aspekt assosiert med Al-Haithams optiske forskning er knyttet til systematisk og metodologisk avhengighet av eksperiment (i'tibar)(arabisk: إختبار) og kontrollerte prøver i hans vitenskapelige forespørsler. Hans eksperimentelle direktiver hvilte på å kombinere klassisk fysikk (ilm tabi'i) med matematikk (ta'alim; i særdeleshet geometri). Denne matematisk-fysiske tilnærmingen til eksperimentell vitenskap støttet det meste i hans hovedverk, sjubindsverket Optikk (Kitab al-Manazir) og var grunnlaget for hans teorier om syn, lys og farger, foruten også hans forskning i katoptrisk lys og dioptrikk (den delen av optikken som handler om refraksjon av lys i gjennomskinnelige stoff, som glass, vann og lignende). Bradley Steffens har i sin bok om Al-Haitham argumentert for at Al-Haithams tilnærming til utprøving og eksperimentering ga betydelige bidrag til den vitenskapelige metode. Han var den første som systematisk benyttet metoden med endre de eksperimentelle forhold på et vedvarende og ensartet vis.
Den engelske filosofen og vitenskapelige forskeren Francis Bacon (1561 – 1626) var en tidlig og innflytelsesrik tilhenger av eksperimentell forskning. Han var uenig i metoden med å gi svar på vitenskapelig spørsmål ved deduksjon og beskrev det som følgende: «Etter først å ha bestemt spørsmålet i henhold til sin vilje, må man deretter gripe til eksperiment, og bøye det i samsvar med sine ønsker, det fører det av sted som en fange til et gravfølge.» Bacon ønsket seg en metode som støttet seg på gjentatte observasjoner, det vil si eksperimenter. Han er kjent for å være den første som beordret vitenskapelige metoder slik vi forstår dem i dag: «Den sanne metode med eksperiment er først å tenne stearinlyset (hypotesen), og deretter ved hjelp av dette lyset å vise måten (arrangere og avgrense eksperimenter); begynne slik det gjør med eksperimentet i rett tid, ordnet og gjennomtenkt, ikke forkludret eller ujevnt, og derfra dedusere fra det aksiomer (teorier), og fra etablerte aksiomer utføre nye eksperimenter.»
I århundrene som fulgte ble det gjort betydelig framgang og oppdagelser av forskere som benyttet den vitenskapelige metode på forskjellig vis. Eksempelvis var Galileo Galilei (1564 – 1642) i stand på nøyaktig vis å måle tid og ved eksperiment å gjøre nøyaktige malinger og konklusjoner om hastigheten til et fallende objekt. 
På slutten av 1700-tallet var det etablert en generell oppfatning om at om hvis mennesket skulle ha kunnskap om seg selv og sin omverden, måtte det skje via vitenskap. Vitenskap er organiserte aktiviteter som var basert på observasjon og måling. Den utførte eksperimenter som sikret at dens påstander om hvordan verden var innrettet kunne bevises og gjentas, og således vise at de var ikke vilkårlige, men objektive. Det ble etablert en grunnoppfatning av hva vitenskap er, hva vitenskap bygger på, og hvilken vitenskap som er den mest utviklede. Observasjon, måling er grunnlaget, og kun derigjennom kan man sikre at vitenskapelige teorier har forbindelse til virkeligheten og ikke er kun spekulasjoner. På begynnelsen av 1800-tallet var vitenskap hovedsakelig basert på måling. Et godt eksempel på målingens betydning er diskusjonen i kjemien om forbrenning.
Antoine Lavoisier (1743 – 1794) var en fransk kjemiker på slutten av 1700-tallet som benyttet eksperimenter for å beskrive nye områder, slik som forbrenning og biokjemi og å utvikle teorien om bevaringen av masse. 
I løpet av 1800-tallet benyttet Louis Pasteur (1822 – 1895) den vitenskapelige metode for å motbevise rådende teori om spontan generasjon og for å utvikle teoriene om sykdomsbakterier (at noen sykdommer har sin årsak i mikroorganismer). På grunn av viktigheten med å kontrollere mulige forvirrende variabler, er bruken av velformete eksperimenter i kontrollerte laboratorier å fortrukket når det er mulig.
Betydelig framgang for eksperimenteringens formingen og analyse skjedde tidlig på 1900-tallet ved statistikere som Ronald Fisher (1890 – 1962), Jerzy Neyman, Oscar Kempthorne, Gertrude Mary Cox, og andre. Dette tidlige arbeidet har blitt syntetisert under betegnelsen Rubins årsaksmodell, oppkalt etter Donald Rubin, en modell som formaliserte tidligere statistiske tilnærminger ved analysen av eksperimenter, og for Rubins metoder for å behandle manglende data.

Indre og ytre validitet

For at slutning om effekt skal være mulig, må det være tilstrekkelig forskjell mellom eksperimentgruppe(r) og kontrollgruppe(r).Dette avgjøres typisk statistisk ved at man sammenligner gruppegjennomsnittene og avgjør om den observerte forskjellen kunne oppstått tilfeldig eller ikke. I sistnevnte tilfelle forkastes hypotesen om tilfeldighet («nullhypotesen»), og man antar at manipulasjonen har hatt effekt. Slutningen har «indre validitet» i den grad denne slutningen er korrekt. 
Kunnskap fra eksperimenter kan være interessant i mange sammenhenger utenom den situasjon der kunnskapen er utviklet. Eksempelvis har laboratorieeksperimenter vist at individuell innsats er avdempet hvis flere er til stede enn hvis personen arbeider alene (sosial loffing). Hvorvidt dette funnet gjelder i andre situasjoner er et spørsmål om «ytre validitet».