Ein Experiment ist eine methodische Probe und Fehlerverfahren, das mit der Absicht des Überprüfens, Fälschens oder Herstellens der Gültigkeit einer Hypothese ausgeführt ist. Experimente ändern sich außerordentlich in ihrer Absicht und Skala, aber verlassen sich immer auf das repeatable Verfahren und die logische Analyse der Ergebnisse. Ein Kind kann grundlegende Experimente ausführen, um die Natur des Ernstes zu verstehen, während Mannschaften von Wissenschaftlern Jahre der systematischen Untersuchung bringen können, um das Verstehen eines Phänomenes vorzubringen.

Ein Experiment ist eine Methode - mit der Absicht des Erklärens - die Natur der Wirklichkeit zu prüfen. Experimente können sich vom persönlichen und informellen (z.B Kosten eine Reihe von Pralinen ändern, um einen Liebling zu finden), zu hoch kontrolliertem (z.B Tests, die komplizierten Apparat beaufsichtigt von vielen Wissenschaftlern verlangen, die hoffen, Information über subatomare Partikeln zu entdecken).

Im Design von vergleichenden Experimenten werden zwei oder mehr "Behandlungen" angewandt, um den Unterschied zwischen den Mittelantworten für die Behandlungen zu schätzen. Zum Beispiel konnte ein Experiment auf backendem Brot den Unterschied in den Antworten schätzen, die mit quantitativen Variablen, wie das Verhältnis von Wasser zu Mehl, und mit qualitativen Variablen wie Beanspruchungen der Hefe vereinigt sind. Experimentieren ist der Schritt in der wissenschaftlichen Methode, die Leuten hilft, zwischen zwei oder mehr konkurrierenden Erklärungen - oder Hypothesen zu entscheiden. Diese Hypothesen deuten Gründe an, ein Phänomen zu erklären, oder die Ergebnisse einer Handlung vorauszusagen. Ein Beispiel könnte die Hypothese sein, dass, "wenn ich diesen Ball veröffentliche, es zum Fußboden fallen wird": Dieser Vorschlag kann dann durch das Ausführen des Experimentes des Lassens geprüft werden gehen des Balls und Beobachtens der Ergebnisse. Formell wird eine Hypothese gegen seine entgegengesetzte oder ungültige Hypothese verglichen ("wenn ich diesen Ball veröffentliche, wird sie zum Fußboden" nicht fallen). Die ungültige Hypothese ist, dass es keine Erklärung oder prophetische Macht des Phänomenes durch das Denken gibt, das untersucht wird. Sobald Hypothesen definiert werden, kann ein Experiment - und die Ergebnisse analysiert ausgeführt werden - um die Genauigkeit der Hypothesen zu bestätigen, zu widerlegen, oder zu definieren.

Übersicht

Experiment ist der Schritt in der wissenschaftlichen Methode, die zwischen konkurrierenden Modellen oder Hypothesen Schiedsrichter ist. Experimentieren wird auch verwendet, um vorhandene Theorien oder neue Hypothesen zu prüfen, um sie zu unterstützen oder sie zu widerlegen. Ein Experiment oder Test können mit der wissenschaftlichen Methode ausgeführt werden, auf eine Frage zu antworten oder ein Problem zu untersuchen. Zuerst wird eine Beobachtung gemacht. Dann wird eine Frage gestellt, oder ein Problem entsteht. Dann wird eine Hypothese gebildet. Dann wird Experiment verwendet, um diese Hypothese zu prüfen. Die Ergebnisse werden analysiert, ein Schluss wird manchmal gezogen eine Theorie wird gebildet, und Ergebnisse werden durch Forschungsarbeiten mitgeteilt.

Ein gutes Experiment prüft gewöhnlich eine Hypothese. Jedoch kann ein Experiment auch eine Frage prüfen oder vorherige Ergebnisse prüfen. Es ist wichtig, dass man alle Faktoren in einem Experiment weiß. Es ist auch wichtig, dass die Ergebnisse so genau sind wie möglich. Wenn ein Experiment sorgfältig durchgeführt wird, unterstützen die Ergebnisse gewöhnlich entweder oder widerlegen die Hypothese. Ein Experiment kann eine Hypothese nie "beweisen", es kann nur Unterstützung hinzufügen. Jedoch kann ein Repeatable-Experiment, das ein Gegenbeispiel zur Verfügung stellt, eine Theorie oder Hypothese widerlegen. Ein Experiment muss auch die möglichen Verwechseln-Faktoren - irgendwelche Faktoren kontrollieren, die Mrz die Genauigkeit oder Wiederholbarkeit des Experimentes oder der Fähigkeit würden, die Ergebnisse zu interpretieren.

Geschichte

Francis Bacon war ein englischer Philosoph und Wissenschaftler im 17. Jahrhundert und ein früher und einflussreicher Unterstützer der experimentellen Wissenschaft. Er hat mit der Methode nicht übereingestimmt, auf wissenschaftliche Fragen durch den Abzug zu antworten, und hat es wie folgt beschrieben: "Zuerst die Frage gemäß seinem Willen bestimmt, sucht Mann dann die Erfahrung und das Verbiegen von ihr zur Anpassung mit seinem placets auf, führt sie über den ähnlichen ein Gefangener in einem Umzug." Bacon hat eine Methode gewollt, die sich auf repeatable Beobachtungen oder Experimente verlassen hat. Er war namentlich erst, um die wissenschaftliche Methode zu bestellen, weil wir es heute verstehen.

Wenn das Problem oder die Bedingungen kein kontrolliertes Experiment, solcher als in der astronomischen Forschung erlauben, können Beobachtungsstudien nützlich sein. Zum Beispiel hat Tycho Brahe sorgfältige Beobachtungen gemacht und hat Maße von stellaren und planetarischen Positionen mit der Zeit registriert, die die kopernikanische Theorie von Bahnen unterstützt haben und die eigene Hypothese von Brahe widerlegt haben. Nach seinem Tod haben sich die Maße von Brahe nützlich in der Entwicklung der Gesetze von Johannes Kepler der planetarischen Bewegung erwiesen.

In den Jahrhunderten, der gefolgt ist, wurden wichtige Fortschritte und Entdeckungen von Leuten gemacht, die die wissenschaftliche Methode in verschiedenen Gebieten angewandt haben. Zum Beispiel ist Galileo Galilei im Stande gewesen, Zeit und Experiment genau zu messen, um genaue Maße und Beschlüsse über die Geschwindigkeit eines fallenden Körpers zu machen. Antoine Lavoisier war ein französischer Chemiker gegen Ende der 1700er Jahre, wer Experiment verwendet hat, um neue Gebiete wie Verbrennen und Biochemie zu beschreiben und die Theorie der Bewahrung der Masse (Sache) zu entwickeln. Während der 1800er Jahre hat Louis Pasteur die wissenschaftliche Methode verwendet, die vorherrschende Theorie der spontanen Generation zu widerlegen und die Keim-Theorie der Krankheit zu entwickeln. Wegen der Wichtigkeit vom Steuern, das potenziell Variablen verwechselt, wird der Gebrauch von gut bestimmten Laborexperimenten, wenn möglich, bevorzugt.

Galileo Galilei

Galileo Galilei war ein Wissenschaftler, der viele quantitative Experimente durchgeführt hat, viele Themen richtend. Mit mehreren verschiedenen Methoden ist Galileo im Stande gewesen, Zeit genau zu messen. Vorher hatten die meisten Wissenschaftler Entfernung verwendet, um fallende Körper mit der Geometrie zu beschreiben, die verwendet worden war und seit Euklid gestoßen hat. Galileo selbst hat geometrische Methoden verwendet, seine Ergebnisse auszudrücken. Den Erfolgen von Galileo wurde durch die Entwicklung einer neuen Mathematik geholfen sowie haben klug Experimente und Ausrüstung entworfen. Damals wurde eine andere Art der Mathematik — Algebra entwickelt. Algebra hat arithmetischen Berechnungen erlaubt, so hoch entwickelt zu werden, wie geometrische. Algebra hat auch den Entdeckungen von Wissenschaftlern wie Galileo — sowie später Wissenschaftlern wie Newton, Maxwell und Einstein erlaubt — später durch mathematische Gleichungen zusammengefasst zu werden. Diese Gleichungen haben physische Beziehungen auf eine genaue, konsequente Weise beschrieben.

Ein prominentes Beispiel ist der "Ball und das Rampe-Experiment." In diesem Experiment hat Galileo ein aufgelegtes Flugzeug und mehrere Stahlbälle von verschiedenen Gewichten verwendet. Mit diesem Design ist Galileo im Stande gewesen, die fallende Bewegung und Aufzeichnung, mit der angemessenen Genauigkeit, die Zeiten zu verlangsamen, in denen ein Stahlball bestimmte Markierungen auf einem Balken passiert hat. Galileo hat Aristoteles Behauptung widerlegt, dass Gewicht die Geschwindigkeit eines Falls eines Gegenstands betrifft. Gemäß Aristoteles Theorie von Fallenden Körpern würde der schwerere Stahlball den Boden vor dem leichteren Stahlball erreichen. Die Hypothese von Galileo war, dass die zwei Bälle den Boden zur gleichen Zeit erreichen würden.

Anders als Galileo sind nicht viele Menschen seines Tages im Stande gewesen, Perioden der kurzen Zeit wie die Fall-Zeit eines Gegenstands genau zu messen. Galileo hat genau diese kurzen Zeitspannen gemessen, indem er einen pulsilogon geschaffen hat. Das war eine Maschine, die geschaffen ist, um Zeit mit einem Pendel zu messen. Das Pendel wurde zum menschlichen Puls synchronisiert. Er hat das verwendet, um die Zeit zu messen, in der die belasteten Bälle Zeichen passiert haben, die er auf dem aufgelegten Flugzeug gemacht hatte. Er hat gemessen, um zu finden, dass Bälle von verschiedenen Gewichten den Boden des aufgelegten Flugzeugs zur gleichen Zeit erreicht haben, und dass die Entfernung gereist ist, war zum Quadrat der verbrauchten Zeit proportional. Spätere Wissenschaftler haben die Ergebnisse von Galileo als Die Gleichung von Fallenden Körpern zusammengefasst.

Diese Ergebnisse haben die Hypothese von Galileo unterstützt, dass Gegenstände von verschiedenen Gewichten, wenn gemessen, an demselben Punkt in ihrem Fall, mit derselben Geschwindigkeit fallen, weil sie dieselbe Gravitationsbeschleunigung erfahren.

Antoine Lavoisier

Antoine Lavoisier (1743-1794) war ein französischer als der Gründer der modernen Chemie betrachteter Chemiker. Die Experimente von Lavoisier waren unter den ersten aufrichtig quantitativen chemischen Experimenten. Er hat gezeigt, dass, obwohl Sache seinen Staat in einer chemischen Reaktion ändert, die Menge der Sache dasselbe am Ende als am Anfang jeder chemischen Reaktion ist. In einem Experiment hat er Phosphor und Schwefel in Luft verbrannt, um zu sehen, ob die Ergebnisse weiter seinen vorherigen Beschluss (Gesetz der Bewahrung der Masse) unterstützt haben. In diesem Experiment, jedoch, hat er beschlossen, dass die Produkte mehr gewogen haben als der ursprüngliche Phosphor und Schwefel. Er hat sich dafür entschieden, den Versuch wieder anzustellen. Dieses Mal hat er die Masse der Luft gemessen, die das Experiment ebenso umgibt. Er hat entdeckt, dass die im Produkt gewonnene Masse von der Luft verloren wurde. Diese Experimente haben weitere Unterstützung für sein Gesetz der Bewahrung der Masse zur Verfügung gestellt.

Eines der Experimente von Lavoisier hat die Welten der Atmung und des Verbrennens verbunden. Die Hypothese von Lavoisier war, dass Verbrennen und Atmung ein und dasselbe waren, und Verbrennen mit jedem Beispiel der Atmung vorkommt. Lavoisier, mit Pierre-Simon Laplace arbeitend, hat einen Eiswärmemengenzähler-Apparat entworfen, für den Betrag der Hitze zu messen, die während des Verbrennens oder der Atmung abgegeben ist. Diese Maschine hat aus drei konzentrischen Abteilungen bestanden. Die Zentrum-Abteilung hat die Quelle der Hitze, in diesem Fall, des Versuchskaninchens oder Stückes von brennender Holzkohle gehalten. Die mittlere Abteilung hat einen spezifischen Betrag des Eises für die Hitzequelle gehalten zu schmelzen. Die Außenabteilung hat festgefahrenen Schnee für die Isolierung enthalten. Lavoisier hat dann die Menge des Kohlendioxyds und die Menge der erzeugten Hitze gemessen, indem er ein lebendes Versuchskaninchen in diesem Apparat beschränkt hat. Lavoisier hat auch die Hitze und das erzeugte Kohlendioxyd gemessen, als er ein Stück von Holzkohle im Wärmemengenzähler verbrannt hat. Damit Daten hat er beschlossen, dass Atmung tatsächlich ein langsamer Verbrennen-Prozess war. Er hat auch durch genaue Maße entdeckt, dass diese Prozesse Kohlendioxyd und Hitze mit derselben Konstante der Proportionalität erzeugt haben. Er hat das für 224 Körner "fester Luft" erzeugter (CO) gefunden. des Eises wurde im Wärmemengenzähler geschmolzen. Das Umwandeln von Körnern zu Grammen und das Verwenden der Energie, die erforderlich ist zu schmelzen. des Eises kann man das für jedes Gramm von erzeugtem CO schätzen, ungefähr 2.02 kcal der Energie wurde durch das Verbrennen von Kohlenstoff oder durch die Atmung in den Wärmemengenzähler-Experimenten von Lavoisier erzeugt. Das vergleicht sich gut mit der modernen veröffentlichten Verbrennungswärme für Kohlenstoff von 2.13 kcal/g. Dieses dauernde langsame Verbrennen, das Lavoisier und Laplace angenommen haben, hat in den Lungen stattgefunden, hat dem lebenden Tier ermöglicht, seine Körpertemperatur über dieser seiner Umgebungen aufrechtzuerhalten, so für das rätselhafte Phänomen der Tierhitze verantwortlich seiend. Lavoisier hat aufgehört, "Atmung von Lla Verbrennen von est donc une," D. h. ist Atmungsgasaustausch Verbrennen, wie das, eine Kerze zu verbrennen.

Lavoisier war erst, um durch das Experiment dass das Gesetz der Bewahrung der auf die chemische Änderung angewandten Masse zu beschließen. Seine Hypothese war, dass die Masse der Reaktionspartner dasselbe als die Masse der Produkte in einer chemischen Reaktion sein würde. Er hat an der vinous Gärung experimentiert. Er hat die Beträge von Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff in Zucker bestimmt. Er hat eine Menge von Zucker, hinzugefügter Hefe und Wasser in gemessenen Beträgen gewogen, und hat der Mischung erlaubt zu gären. Lavoisier hat die Masse des kohlenstoffhaltigen sauren Benzins und Wassers gemessen, die während der Gärung abgegeben wurden und den restlichen geistigen Getränk gewogen haben, dessen Bestandteile dann getrennt und analysiert wurden, um ihre elementare Zusammensetzung zu bestimmen. Auf diese Weise hat er einige potenzielle Verwechseln-Faktoren kontrolliert. Er ist im Stande gewesen, den kohlenstoffhaltigen sauren Gas- und Wasserdampf zu gewinnen, die während der Gärung abgegeben wurden, so dass seine Endmaße so genau sein würden wie möglich. Lavoisier hat dann beschlossen, dass die Gesamtmasse der Reaktionspartner der Masse des Endproduktes und Rückstands gleich war. Außerdem hat er gezeigt, dass die Gesamtmasse jedes konstituierenden Elements vorher und nach der chemischen Änderung dasselbe geblieben ist. Ähnlich hat er über das Experimentieren demonstriert, dass die Masse von Produkten des Verbrennens der Masse der reagierenden Zutaten gleich ist.

Louis Pasteur

Louis Pasteur, der als der "Vater von Mikrobiologischen Wissenschaften und Immunitätsforschung," betrachtet ist, war ein französischer Biologe während des 19. Jahrhunderts. Er hat entdeckt und hat durch experimentelle Ergebnisse die Idee unterstützt, dass Krankheit verursachende Agenten nicht spontan erscheinen, aber lebendig sind und die richtige Umgebung brauchen, um zu gedeihen und zu multiplizieren. Von dieser Entdeckung stammend, hat er Experiment verwendet, um Impfstoffe für Hühnercholera, Milzbrand und Tollwut zu entwickeln, und Methoden zu entwickeln, um Bakterien in einigen Nahrungsmittelprodukten zu reduzieren, indem er sie (Pasteurisierung) geheizt hat. Seine Arbeit hat ihn auch dazu gebracht (zusammen mit dem englischen Arzt Dr Joseph Lister) für antiseptische chirurgische Techniken zu verteidigen. Die meisten Wissenschaftler dieses Tages haben geglaubt, dass mikroskopisches Leben in die Existenz von der nichtlebenden Sache gesprungen ist. Diese Idee wurde spontane Generation genannt.

Die Beobachtungen von Pasteur von winzigen Organismen unter dem Mikroskop haben ihn veranlasst, spontane Generation zu bezweifeln. Er hat ein Experiment entworfen, um es zu prüfen. Seine Hypothese war, dass Leben nicht entstehen konnte, von wo es kein Leben gibt. Er hat darauf geachtet, mögliche Verwechseln-Faktoren zu kontrollieren. Zum Beispiel musste er sicherstellen, dass es kein Leben, sogar mikroskopisch in den Taschenflaschen der Fleischbrühe gab, die er als ein Testmedium verwendet hat. Er hat sich dafür entschieden zu töten irgendwelche mikroskopischen Organismen präsentieren bereits durch das Kochen der Fleischbrühe, bis er überzeugt war, dass irgendwelche Kleinstlebewesen präsentieren, wurden getötet. Pasteur musste auch sicherstellen, dass keine mikroskopischen Organismen in die Fleischbrühe nach dem Kochen eingegangen sind, noch hat die Fleischbrühe Aussetzung gebraucht, um zu lüften, um die Theorie richtig zu prüfen. Ein Kollege hat eine Taschenflasche mit einem Hals vorgeschlagen die Gestalt eines "S" ist seitlich geworden. Staub (der Pasteur enthaltene Kleinstlebewesen gedacht hat) würde an der Unterseite von der ersten Kurve gefangen, aber die Luft würde frei durch fließen.

So, wenn Bakterien wirklich spontan erzeugt werden sollten, dann sollten sie in der Taschenflasche nach ein paar Tagen wachsen. Wenn spontane Generation nicht vorkäme, dann würde der Inhalt der Taschenflaschen leblos bleiben. Schließlich war es ein ganzer Erfolg; kein einziges Kleinstlebewesen ist in der Fleischbrühe erschienen. Dann hat Pasteur dem Staub erlaubt, der die Kleinstlebewesen enthält, sich mit der Fleischbrühe zu vermischen. In gerade ein paar Tagen ist die Fleischbrühe bewölkt von Millionen von Organismen geworden, die darin wachsen. Seit noch zwei Jahren hat er das Experiment in verschiedenen Bedingungen und Schauplätzen wiederholt, um sich zu versichern, dass die Ergebnisse richtig waren. Auf diese Weise hat Pasteur seine Hypothese unterstützt, dass spontane Generation nicht vorkommt. Trotz der experimentellen Ergebnisse, die seine Hypothesen und sein Erfolg-Kurieren oder das Verhindern verschiedener Krankheiten unterstützen, die öffentliche falsche Auffassung der spontanen Generation korrigierend, war ein langsamer, schwieriger Prozess.

Als er gearbeitet hat, um spezifische Probleme zu beheben, wurden die Begriffe von Pasteur manchmal durch die Ergebnisse seiner Experimente, solcher als korrigiert, als er gebeten wurde, die Ursache der Krankheit verheerend die französische Seidenraupe-Industrie 1865 zu finden. Nach einem Jahr der fleißigen Arbeit hat er richtig einen Schuldiger-Organismus identifiziert und hat praktischen Rat gegeben, für eine gesunde Bevölkerung von Motten zu entwickeln. Jedoch, als er seinen eigenen Rat geprüft hat, hat er gefunden, dass Krankheit noch präsentiert. Es hat sich herausgestellt, dass er richtig, aber unvollständig gewesen war - gab es zwei Organismen bei der Arbeit. Man hat noch zwei Jahre des Experimentierens gebraucht, um die vollständige Lösung zu finden.

Beobachtungswissenschaft

Beobachtungswissenschaft wird verwendet, wenn es unpraktisch ist, um ein System eine Laboreinstellung einzubauen. Es kann auch verwendet werden, wenn verwechselnde Faktoren entweder beschränkt oder ganz gut bekannt werden, die Daten im Licht von ihnen zu analysieren. In der Größenordnung von einer Beobachtungswissenschaft, um gültig zu sein, müssen die Verwechseln-Faktoren bekannt und verantwortlich gewesen sein.

Astronomie

Ein solcher Beobachtungswissenschaftler war Tycho Brahe. Die Beobachtungen von Brahe von stellaren und planetarischen Positionen waren sowohl für ihre Genauigkeit als auch für Menge beachtenswert. Seine himmlischen Positionen waren viel genauer als diejenigen jedes Vorgängers oder Zeitgenossen. In einer Sternwarte, die für ihn durch König Frederick II aus Dänemark gefördert ist, hat Brahe die größten noch gebauten Beobachten-Instrumente gebaut. Wegen der großen Größe dieser Ausrüstung ist Brahe im Stande gewesen, Winkel zu einer Genauigkeit besser zu messen, als 0.1 Grad. Das war genauer als irgendwelche vorherigen Beobachtungen, und in der Nähe von der Grenze, die das menschliche Auge beobachten kann. Auf diese Weise ist Brahe im Stande gewesen, Beobachtungen über stellare und planetarische Positionen in einer Laboratorium-Einstellung zu machen.

Brahe selbst war nicht ein kopernikanischer, aber hat ein System vorgeschlagen, in dem die Sonne und der Mond die Erde umkreist haben, während die anderen Planeten die Sonne umkreist haben. Sein System hat eine sichere Position für Astronomen zur Verfügung gestellt, die mit älteren Modellen unzufrieden waren, aber sich dagegen gesträubt haben, die Bewegung der Erde zu akzeptieren. Es hat einen beträchtlichen folgenden nach 1616 gewonnen, als Rom offiziell entschieden hat, dass das heliocentric Modell sowohl gegen die Philosophie als auch gegen Bibel war, und nur als eine rechenbetonte Bequemlichkeit besprochen werden konnte, die keine Verbindung zur Tatsache hatte. Sein System hat auch eine Hauptneuerung angeboten: Während sich sowohl das geozentrische Modell als auch das heliocentric Modell, wie dargelegt, durch Copernicus auf die Idee von durchsichtigen rotierenden kristallenen Bereichen verlassen haben, die Planeten in ihren Bahnen zu tragen, hat Brahe die Bereiche völlig beseitigt.

Johannes Kepler hat die genauen Beobachtungen von Brahe verwendet, um die Gestalt der Bahn des Mars zu entdecken. Seine erste Hypothese war, dass die Bahn kreisförmig war. Nach vier Jahren der Forschung und Prüfung 70 verschiedener Kombinationen von Kreisen und epicycles hat er eine Gestalt ausgedacht, die die Bahn des Mars passen würde. Jedoch war das Modell zu nur 0.13 Graden genau. Kepler hat gewusst, dass die Beobachtungen von Brahe verwendet werden konnten, um eine Bahn-Gestalt zu entwickeln, die genauer ist als das. Kepler hat sich schließlich dafür entschieden, verschiedene Bahnen in der ovalen Form zu versuchen. Das hat angedeutet, dass sich die Geschwindigkeit des Planeten geändert hat, als es um das Oval gereist ist. Nach neun Jahren hat er gefunden, dass elliptische Bahnen hinreichend mit dem beobachteten Pfad des Mars passen. Er hat gefunden, dass diese Gestalt nicht nur für Mars, sondern auch für jeden Planeten gearbeitet hat, den Brahe beobachtet hatte.

Biologie

Beobachtungsstudien sind nicht Experimente. Definitionsgemäß haben Beobachtungsstudien an der für Baconexperimente erforderlichen Manipulation Mangel. Außerdem sind Beobachtungsstudien in biologischen Systemen häufig mit Variablen verbunden, die schwierig sind, zu messen oder zu kontrollieren. Dennoch werden Beobachtungsstudien verwendet, weil es manchmal zu teuer, zu zeitraubend oder unmoralisch ist, Experimente mit dem Menschen oder den Tierthemen durchzuführen. In diesen Situationen haben Beobachtungsstudien Wert, weil sie häufig Hypothesen vorschlagen, die mit Randomized-Experimenten oder durch das Sammeln frischer Daten geprüft werden können.

In der Versorgung von Therapien für menschliche Themen, zum Beispiel in der Psychologie oder Gesundheitsfürsorge, ist es unmoralisch, eine Kleinbehandlung Patienten zur Verfügung zu stellen. Deshalb sollen Moralrezensionsausschüsse klinische Proben und andere Experimente aufhören, wenn, wie man glaubt, eine neue Behandlung Vorteile so gut nicht anbietet wie aktuelle beste Praxis. Es ist auch unmoralisch und häufig ungesetzlich, Randomized-Experimente auf den Effekten von schädlichen oder Kleinbehandlungen wie die Effekten durchzuführen, Arsen auf der menschlichen Gesundheit aufzunehmen. Um die Effekten solcher Aussetzungen zu verstehen, verwenden Wissenschaftler Beobachtungsstudien.

Beobachtungsstudien werden beschränkt, weil sie an den statistischen Eigenschaften von Randomized-Experimenten Mangel haben. In einem Randomized-Experiment führt die Methode von im experimentellen Protokoll angegebenem randomization die statistische Analyse, die gewöhnlich auch durch das experimentelle Protokoll angegeben wird. Ohne ein statistisches Modell, das ein Ziel randomization widerspiegelt, verlässt sich die statistische Analyse auf ein subjektives Modell. Schlussfolgerungen von subjektiven Modellen sind in der Theorie und Praxis unzuverlässig. Tatsächlich gibt es mehrere Fälle, wo sorgfältig geführt, Beobachtungsstudien geben durchweg falsche Ergebnisse, d. h. wo die Ergebnisse der Beobachtungsstudien inkonsequent sind und sich auch von den Ergebnissen von Experimenten unterscheiden. Zum Beispiel zeigen epidemiologische Studien des Doppelpunkt-Krebses durchweg vorteilhafte Korrelationen mit dem Brokkoli-Verbrauch, während Experimente keinen Vorteil finden.

Ein besonderes Problem mit Beobachtungsstudien, die mit menschlichen Themen verbunden sind, ist die große Schwierigkeit, die schöne Vergleiche zwischen Behandlungen erreicht (oder Aussetzungen), weil solche Studien für die Auswahl-Neigung anfällig sind, und sich Gruppen, die verschiedene Behandlungen (Aussetzungen) erhalten, außerordentlich gemäß ihrem covariates (Alter, Höhe, Gewicht, Medikamente, Übung, Ernährungsstatus, Ethnizität, Familie medizinische Geschichte, usw.) unterscheiden können . Im Gegensatz deutet randomization an, dass für jeden covariate, wie man erwartet, das bösartige für jede Gruppe dasselbe ist. Für jede randomized Probe wird etwas Schwankung vom bösartigen natürlich erwartet, aber der randomization stellt sicher, dass die experimentellen Gruppen Mittelwerte haben, die, wegen des Hauptgrenzwertsatzes und der Ungleichheit von Markov nah sind. Mit unzulänglichem randomization oder niedriger Beispielgröße macht die systematische Schwankung in covariates zwischen den Behandlungsgruppen (oder Aussetzungsgruppen) es schwierig, die Wirkung der Behandlung (Aussetzung) von den Effekten der anderen covariates zu trennen, von denen die meisten nicht gemessen worden sind. Die mathematischen Modelle, die verwendet sind, um solche Daten zu analysieren, müssen jedes Unterscheiden covariate (wenn gemessen) denken, und die Ergebnisse werden nicht bedeutungsvoll sein, wenn ein covariate weder randomized noch eingeschlossen ins Modell ist.

Um Bedingungen zu vermeiden, die ein Experiment viel weniger nützlich, Ärzte machen, die medizinische Proben führen, sagen für die amerikanische Billigung von Bundesbehörde zur Überwachung von Nahrungs- und Arzneimittlel, wird messen und randomize der covariates, der identifiziert werden kann. Forscher versuchen, die Neigungen von Beobachtungsstudien mit komplizierten statistischen Methoden wie zusammenpassende Neigungskerbe-Methoden zu reduzieren, die große Bevölkerungen von Themen und umfassende Information über covariates verlangen. Ergebnisse werden auch gemessen, als möglich (Knochen-Dichte, Betrag von einer Zelle oder Substanz im Blut, der physischen Kraft oder der Dauer, usw.) und nicht auf einem Thema oder eine Meinung eines Berufsbeobachters gestützt hat. Auf diese Weise kann das Design einer Beobachtungsstudie die Ergebnisse objektiver und deshalb mehr überzeugend machen.

Typen des Experimentes

Kontrollierte Experimente

Ein kontrolliertes Experiment vergleicht allgemein die Ergebnisse, die bei einer experimentellen Probe gegen eine Kontrollprobe erhalten sind, die zur experimentellen Probe abgesehen von einem Aspekt praktisch identisch ist, dessen Wirkung (die unabhängige Variable) geprüft wird. Ein gutes Beispiel würde eine Rauschgift-Probe sein. Die Probe oder Gruppe, die das Rauschgift erhält, würden die experimentelle (Behandlungsgruppe) sein; und derjenige, der das Suggestionsmittel erhält, würde die Kontrolle ein sein. In vielen Laborexperimenten ist es gute Praxis, um zu haben, mehrere wiederholen Proben für den Test, der wird durchführt, und haben sowohl eine positive Kontrolle als auch eine negative Kontrolle. Die Ergebnisse wiederholen Proben kann häufig durchschnittlich sein, oder wenn eines des Wiederholens mit den Ergebnissen von den anderen Proben offensichtlich inkonsequent ist, kann es als seiend das Ergebnis eines experimentellen Fehlers verworfen werden (ein Schritt des Testverfahrens kann für diese Probe irrtümlicherweise weggelassen worden sein). Meistenteils werden Tests in doppelter Ausfertigung oder dreifache Ausfertigung getan. Eine positive Kontrolle ist ein Verfahren, das dem wirklichen experimentellen Test sehr ähnlich ist, aber das von der vorherigen Erfahrung bekannt ist, ein positives Ergebnis zu geben. Wie man bekannt, gibt eine negative Kontrolle ein negatives Ergebnis. Die positive Kontrolle bestätigt, dass die grundlegenden Bedingungen des Experimentes im Stande gewesen sind, ein positives Ergebnis zu erzeugen, selbst wenn keine der wirklichen experimentellen Proben ein positives Ergebnis erzeugt. Die negative Kontrolle demonstriert das erhaltene Grundlinie-Ergebnis, wenn ein Test kein messbares positives Ergebnis erzeugt; häufig wird der Wert der negativen Kontrolle als ein von den Testbeispielergebnissen abzuziehender "Hintergrund"-Wert behandelt. Manchmal nimmt die positive Kontrolle den Quadranten einer Standardkurve.

Ein Beispiel, das häufig in lehrenden Laboratorien verwendet wird, ist eine kontrollierte Protein-Feinprobe. Studenten könnte eine flüssige Probe gegeben werden, die einen unbekannten (dem Studenten) Betrag des Proteins enthält. Es ist ihr Job, ein kontrolliertes Experiment richtig durchzuführen, in dem sie die Konzentration des Proteins in der flüssigen Probe bestimmen (gewöhnlich hat die "unbekannte Probe" genannt). Das lehrende Laboratorium würde mit einer Protein-Standardlösung mit einer bekannten Protein-Konzentration ausgestattet. Studenten konnten mehrere positive Kontrollproben machen, die verschiedene Verdünnungen des Protein-Standards enthalten. Negative Kontrollproben würden alle Reagenzien für die Protein-Feinprobe, aber kein Protein enthalten. In diesem Beispiel werden alle Proben in doppelter Ausfertigung durchgeführt. Die Feinprobe ist eine Colorimetric-Feinprobe, in der ein spectrophotometer den Betrag des Proteins in Proben durch das Ermitteln eines farbigen Komplexes messen kann, der durch die Wechselwirkung von Protein-Molekülen und Molekülen eines zusätzlichen Färbemittels gebildet ist. In der Illustration können die Ergebnisse für die verdünnten Testproben im Vergleich zu den Ergebnissen der Standardkurve sein (die blaue Linie in der Illustration), um eine Schätzung des Betrags des Proteins in der unbekannten Probe zu bestimmen.

Kontrollierte Experimente können durchgeführt werden, wenn es schwierig ist, alle Bedingungen in einem Experiment genau zu kontrollieren. In diesem Fall beginnt das Experiment durch das Schaffen von zwei oder mehr Beispielgruppen, die probabilistically Entsprechung sind, was bedeutet, dass Maße von Charakterzügen unter den Gruppen ähnlich sein sollten, und dass die Gruppen auf dieselbe Weise, wenn gegeben, dieselbe Behandlung antworten sollten. Diese Gleichwertigkeit wird durch statistische Methoden bestimmt, die den Betrag der Schwankung zwischen Personen und der Zahl von Personen in jeder Gruppe in Betracht ziehen. In Feldern wie Mikrobiologie und Chemie, wo es sehr wenig Schwankung zwischen Personen und der Gruppengröße gibt, ist leicht in den Millionen, diese statistischen Methoden werden häufig umgangen, und, wie man annimmt, erzeugt einfach das Aufspalten einer Lösung in gleiche Teile identische Beispielgruppen.

Sobald gleichwertige Gruppen gebildet worden sind, versucht der Experimentator, sie identisch abgesehen von einer Variable zu behandeln, die er oder sie isolieren möchte. Menschliches Experimentieren verlangt speziellen Schutz gegen Außenvariablen wie die Suggestionsmittel-Wirkung. Solche Experimente sind allgemein doppelter Rollladen, bedeutend, dass weder der Freiwillige noch der Forscher wissen, welche Personen in der Kontrollgruppe oder der experimentellen Gruppe sind, bis alle Daten gesammelt worden sind. Das stellt sicher, dass irgendwelche Effekten auf den Freiwilligen wegen der Behandlung selbst sind und nicht eine Antwort auf die Kenntnisse sind, dass er behandelt wird.

In menschlichen Experimenten kann ein Thema (Person) ein Stimulus gegeben werden, auf den er oder sie antworten sollte. Die Absicht des Experimentes ist, die Antwort auf einen gegebenen Stimulus durch eine Testmethode zu messen.

Natürliche Experimente

Der Begriff "Experiment" bezieht gewöhnlich ein kontrolliertes Experiment ein, aber manchmal sind kontrollierte Experimente untersagend schwierig oder unmöglich. In diesem Fall suchen Forscher natürliche Experimente oder Quasiexperimente auf. Natürliche Experimente verlassen sich allein auf Beobachtungen der Variablen des Systems unter der Studie, aber nicht Manipulation von gerade einer oder einigen Variablen, wie es in kontrollierten Experimenten vorkommt. Zum möglichen Grad versuchen sie, Daten für das System auf solche Art und Weise zu sammeln, dass der Beitrag von allen Variablen bestimmt werden kann, und wo die Effekten der Schwankung in bestimmten Variablen ungefähr unveränderlich bleiben, so dass die Effekten anderer Variablen wahrgenommen werden können. Der Grad, zu dem das möglich ist, hängt von der beobachteten Korrelation zwischen erklärenden Variablen in den beobachteten Daten ab. Wenn diese Variablen nicht gut aufeinander bezogen werden, können sich natürliche Experimente der Macht von kontrollierten Experimenten nähern. Gewöhnlich, jedoch, gibt es etwas Korrelation zwischen diesen Variablen, die die Zuverlässigkeit von natürlichen Experimenten hinsichtlich reduziert, was geschlossen werden konnte, wenn ein kontrolliertes Experiment durchgeführt wurde. Außerdem, weil natürliche Experimente gewöhnlich in nicht kontrollierten Umgebungen stattfinden, werden Variablen von unentdeckten Quellen weder gemessen noch festgehalten, und diese können illusorische Korrelationen in Variablen unter der Studie erzeugen.

Viel Forschung in mehreren wichtigen Wissenschaftsdisziplinen, einschließlich Volkswirtschaft, Staatswissenschaft, Geologie, Paläontologie, Ökologie, Meteorologie, und Astronomie, verlässt sich auf Quasiexperimente. Zum Beispiel in der Astronomie ist es klar unmöglich, durch die Prüfung der Hypothese "Sonnen sind, ist Wolken von Wasserstoff", zusammengebrochen, mit einer riesigen Wolke von Wasserstoff aufzubrechen, und dann das Experiment durchzuführen, auf einige Milliarden Jahre dafür zu warten, um eine Sonne zu bilden. Jedoch, indem wir verschiedene Wolken von Wasserstoff in verschiedenen Staaten des Zusammenbruchs und anderen Implikationen der Hypothese (zum Beispiel, die Anwesenheit verschiedener geisterhafter Emissionen vom Licht von Sternen) beobachten, können wir Daten sammeln, die wir verlangen, um die Hypothese zu unterstützen. Ein frühes Beispiel dieses Typs des Experimentes war die erste Überprüfung im 17. Jahrhundert, dass Licht von Ort zu Ort sofort nicht reist, aber stattdessen eine messbare Geschwindigkeit hat. Die Beobachtung des Äußeren der Monde Jupiters wurde ein bisschen verzögert, als Jupiter von der Erde, im Vergleich damit weiter war, als Jupiter an der Erde näher war; und dieses Phänomen wurde verwendet, um zu demonstrieren, dass der Unterschied in der Zeit des Äußeren der Monde mit einer messbaren Geschwindigkeit im Einklang stehend war.

Feldexperimente

Feldexperimente werden so genannt, um eine Unähnlichkeit mit Laborexperimenten zu ziehen. Häufig verwendet in den Sozialwissenschaften, und besonders in Wirtschaftsanalysen der Ausbildung und des Gesundheitseingreifens haben Feldexperimente den Vorteil, dass Ergebnisse in einer natürlichen Einstellung aber nicht in einer erfundenen Laborumgebung beobachtet werden. Jedoch, wie natürliche Experimente, leiden Feldexperimente unter der Möglichkeit der Verunreinigung: Experimentelle Bedingungen können mit mehr Präzision und Gewissheit im Laboratorium kontrolliert werden.

Siehe auch

• Design von Experimenten
• Experimentelle Physik
• Liste von Experimenten
• Langfristiges Experiment
• Wahres Experiment
• Konzeptentwicklung und Experimentieren

Referenzen

• Glocke, Madison Smartt (2005) Lavoisier im Jahr Ein.. Internationale Standardbuchnummer von W.W. Norton & Company, Inc 0-393-05155-2
• Holmes, Frederic Lawrence (1987) Lavoisier und die Chemie des Lebens: eine Erforschung der wissenschaftlichen Kreativität, Univ. Wisconsin Presse. Nachdruck. Internationale Standardbuchnummer 978-0-299-09984-8.
• Dubos, Rene J. (1986) Louis Pasteur: Freier Mitarbeiter der Wissenschaft. Da Capo Press. Internationale Standardbuchnummer 978-0-306-80262-1
• Kupelis, Theo; Kuhn, Karl F. (2007) Auf der Suche des Weltalls. Jones und Herausgeber von Bartlett. Internationale Standardbuchnummer 978-0-7637-4387-1.

Weiterführende Literatur

• Shadish, William R., Thomas D. Cook und Donald T. Campbell. (2001) Versuchspläne und Quasiversuchspläne für die Verallgemeinerte Kausale Schlussfolgerung. Boston: Houghton Mifflin. Internationale Standardbuchnummer 0-395-61556-9 Exzerpte

Außenverbindungen

• Lehren in elektrischen Stromkreisen - Band VI - Experimente
• Beschreibung von unheimlichen Experimenten (mit Filmklammern)
• Wissenschaftsexperimente für Kinder
• Wissenschaftsprojektideen
• Experiment in der Physik von der Enzyklopädie von Stanford der Philosophie