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Ein Experiment (von lateinisch experimentum „Versuch, Beweis, Prüfung, Probe“) im Sinne der Wissenschaft ist eine methodisch angelegte Untersuchungsanordnung.
Es dient der zielgerichteten Untersuchung einer – unter definierten Bedingungen (Rahmenbedingung) reproduzierbar hervorgerufenen – Erscheinung. Man kann sich Experimente als Fragen an die Natur vorstellen.

Das Experiment ist die wichtigste wissenschaftliche Methode, um etwas über die Realität zu erfahren, und die einzige, welche zuverlässige Kausalaussagen ermöglicht. Die reale Umsetzung bzw. die Durchführung des Experiments ist der Versuch. Die Auswertung der Versuchsergebnisse ist die Schlussfolgerung. Dadurch werden neue Erkenntnisse gewonnen oder Hypothesen untermauert oder widerlegt.
Im Zusammenspiel mit einem Modell sind Experimente die Grundlage einer Theorie.

Mit Theorie und Praxis eines Experiments befasst sich die Experimentatorik, aber auch die angewandte Ethik.

Das Experiment ist somit ein wesentlicher Bestandteil im wissenschaftlichen Fortschrittsprozess. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Instrumenten erlangte es nicht nur immer größere Bedeutung für die Gesellschaft, sondern es änderte damit auch seinen Charakter. Neben der Funktion in der Wissenschaft, in der es auf Galileo Galilei zurück geht, sind Experimente eine didaktische Methode. Außer durch wissenschaftliche Ausbildung finden experimentell gewonnene Erkenntnisse über die Kunst den direkten Eingang in das allgemeine Verständnis.

Beobachtung und Experiment

Definition des Experiments in einem Satz:
„Ein Experiment ist ein willkürlicher Eingriff in einen natürlichen Ablauf, der planmäßig, kontrolliert und erwartungsgerichtet definierte Bedingungskonstellationen mit dem Ziel herbeiführt, die Folgen dieses Eingriffs möglichst umfassend zu untersuchen.“ (Muhsal, 1999).

Das Experiment bildet eine Gesamtheit aus Beobachter und Beobachtungsobjekt, den Werkzeugen und Methoden sowie dem Beobachtungsvorgang an sich. Dass insbesondere der Beobachter Bestandteil des Experiments ist, ist eine der grundlegenden Erkenntnisse der modernen Wissenschaftstheorie. Ein Experiment unterscheidet sich von der reinen Betrachtung dadurch, dass zunächst eine genau definierte Situation präpariert wird. Anschließend wird das Verhalten des präparierten Systems beobachtet beziehungsweise gemessen, und mit den Voraussagen des zugrundeliegenden Modells verglichen. Auf diese Weise kann eine in einer Theorie gemachte Behauptung (These/Hypothese) untersucht werden und das Experiment kann diese entweder stützen oder widerlegen.

Das Experiment trifft nur Aussagen über sich selbst, also die präparierte Situation, und nicht mehr. Trotzdem erlaubt es, nicht nur das zu studieren, was sofort ins Auge fällt, sondern auch das, was in der Tiefe der Erscheinung nicht offensichtlich zum Ausdruck kommt: Die Auswertung eines Experiments im Kontext der Modelle und Theorien, die die Wissenschaften verwenden, ist der Kern – und aufwändigste Teil – wissenschaftlicher Arbeit, aber auch ein notwendiges Kriterium, Beobachtung und Modell miteinander in Einklang zu halten. Insbesondere können über den Begriff der Widerspruchsfreiheit auch Theorien überprüft werden, die Aussagen über prinzipiell Unbeobachtbares treffen, wie sie in der Theoretischen Physik und der Kosmologie verwendet werden.

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

Experimentatorik

Die Experimentatorik befasst sich mit theoretischen und praktischen Aspekten, welche Kriterien ein Experiment zu erfüllen hat, also der Methodik und dem Instrumentarium.

Von einem wissenschaftlichen Experiment wird gefordert, dass es messbare Ergebnisse liefert, und dass es nachvollziehbar, wiederholbar und objektiv ist, das heißt, dass es zum selben Ergebnis führt, wenn es von verschiedenen Personen, an verschiedenen Orten und/oder zu verschiedenen Zeiten wiederholt wird:

  • Die Messbarkeit ist im Selbstverständnis der Naturwissenschaften und in Teilen der Sozialwissenschaften unabdingbare Voraussetzung. Wissenschaft definiert sich in diesem Sinne als die Menge aller möglichen Experimente: Was durch die Experimentatorik – zumindest potenziell – nicht erfassbar ist, ist nicht Teil der Wissenschaft. Eine Theorie, welche keine Experimente beinhaltet, die sie widerlegen (falsifizieren) könnten, bleibt Hypothese.
  • Die Messergebnisse müssen quantifizierbar sein, in einem genormten Maßsystem dargestellt und verglichen werden können.
  • In einem Experiment unterscheidet sich die Beobachtung von der unsystematischen Wahrnehmung durch ihre angestrebte Beobachterunabhängigkeit: Bei jedem Versuch ist auszuschließen, dass die Erwartungen - und sogar die bloße Anwesenheit - des Experimentators einen Einfluss auf das Versuchsergebnis hat. Effekte, die zu Fehldeutungen führen können, wie der Konfundierungseffekt in der Psychologie oder ein Artefakt (Sozialforschung), aber auch etwa Gravitationskräfte, die eine Person auf die Versuchsanordnung ausübt, müssten durch die Methodik vermieden werden. Dies bleibt allerdings schon deshalb ein unerreichbares Ziel, weil die Nachvollziehbarkeit und Wiederholbarkeit des Experiments ausschließlich soziale Kriterien sind, um einen Konsens der Forscher zu ermöglichen, und von den beobachteten "Naturvorgängen" nicht eingefordert werden können. Alles im wissenschaftlichen Betrieb Unwiederholbare ist der experimentellen Forschung nicht zugänglich.
  • Erforderlich ist für die Reproduzierbarkeit ein Versuchsprotokoll, das meist in einem Laborjournal geführt wird. Ein Experiment gilt erst als erfolgreich, wenn es von einer unabhängigen Instanz nachvollzogen worden ist. Um stochastische Messfehler abschätzen zu können und Mittelwerte zu bilden, werden meist mehrere Versuchsdurchgänge unternommen.

An Schulen und Universitäten werden didaktisch aufbereitete Versuche durchgeführt, um Sachverhalte zu verdeutlichen und das wissenschaftliche Arbeiten zu erlernen. Für niedrigere Altersstufen erarbeitet man Experimentierkästen, das sind Baukästen und Lehrmaterial für Versuche im Selbststudium.

Im Gegensatz zum Laborversuch - eine im Labor durchgeführte Messung unter definierten Bedingungen - wird im Feldversuch (im Prinzip) ohne Veränderung der natürlichen Verhältnisse beobachtet.

Gedankenexperimente sind Experimente, die nicht wirklich ausgeführt werden, sondern nur zur Klärung eines Sachverhaltes dienen. Zuweilen wird es später möglich, das Gedankenexperiment als reales Experiment zu überprüfen.

Experimente der Experimentatorik selbst - zum positiven Nachweis einer Eigenschaft eines Beobachtungsinstruments oder dessen Funktionsfähigkeit - nennt man Test, so z. B. der Signifikanztest. Eine Untersuchung über die Wechselwirkungen zwischen dem Beobachter und dem übrigen Versuchsaufbau ist eine Beobachtung zweiter Ordnung.

Versuche mit Personen – und auch Tierversuche – werfen besondere Probleme der angewandten Ethik auf. Sie können insofern reizvoll für experimentelle Forscher sein, als sie die einzigen experimentellen Situationen sind, in denen sich die Normen der Beobachter auch vom Beobachteten fordern lassen (vgl. Hysterie). Mit beobachterunabhängigen Fakten zu argumentieren, um Beobachtungskonventionen durchzusetzen, ist stets ein Machtmissbrauch.

Hier ist die Einhaltung der Richtlinien über wissenschaftliche Experimente unabdingbar. Methodisch unterscheidet man dabei echte Experimente und Quasi-Experimente.

Experimentelle Wissenschaften

Durch die Fortschritte in Theorie, Experimentatorik und Interdisziplinarität haben sich in einigen Disziplinen speziell auf Experimente ausgerichtete Fachgebiete entwickelt, so die Experimentalphysik, die Experimentalpsychologie, die Experimentelle Ökonomie oder die Experimentelle Archäologie. Auch kann die Numerische Mathematik als experimentelle Disziplin angesehen werden.

  • Eine Naturwissenschaft, die weitgehend auf Experimente verzichten musste, wenn man von Experimenten zur Verbesserung der Beobachtung absieht, ist die Astronomie. Andererseits kann die Raumfahrt als experimentelle Astronomie bezeichnet werden. Jede Raumfahrtmission hat experimentellen Charakter: So hatte z. B. die erste Generation der GPS-Satelliten eine Absicherung an Bord für den Fall, dass die allgemeine Relativitätstheorie nicht stimmt.

  • Lange Zeit war die Biologie eine rein beschreibende Wissenschaft. Das gilt für die heutige Biologie nicht mehr. Das biologische Experiment gestattet beispielsweise durch variieren der Versuchsbedingungen nicht nur, nahezu exakt den Charakter der determinierenden Einwirkungen auf einen zu untersuchenden Prozess zu bestimmen, sondern auch diejenigen Prozesse zu beschleunigen oder zu verlangsamen und damit der Untersuchung zugänglich werden zu lassen, die im natürlichen Verlauf entweder extrem langsam oder zu schnell für die Auswertung des Experiments ablaufen, um hinreichend genau und vollständig fixiert zu werden.

  • Auch in den Geistes- und Sozialwissenschaften gibt es Experimente. Die Mehrzahl der Geisteswissenschaft ist allerdings typischerweise nichtexperimentell begründet.

Unterschiede gibt es zwischen Experimenten in den Naturwissenschaften und der Technik. Die Experimente in der Naturwissenschaft sind kausal orientiert und betrachten somit die Beziehung zwischen Ursache und Wirkung. Experimente in der Technik sind finalorientiert und betrachten somit die Beziehung zwischen Zweck und Mittel.

Berühmte Experimente

Das Experiment in der Kunst

Caspar David Friedrich 023.jpg Es gehört zum eigentlichen Wesen der europäischen Kunst, sich intensiv mit der Naturwissenschaft auseinanderzusetzen. Tatsächlich ist eine Trennung in Wissenschaft und Kunst noch gar nicht so alt, bis in die Renaissance galten beide als unverzichtbare Bestandteile einer humanistischen Bildung.

Ein Aspekt der Beziehung zwischen Experiment und Kunst ist, dass Künstler aller Epochen versucht haben, die neuesten Erkenntnisse künstlerisch umzusetzen, also direkt an der Interpretation der Ergebnisse mitzuarbeiten. Als Beispiele seien hier genannt:

  • Die Erfindung der Zentralperspektive ist eigentlich der Kunst zuzuordnen, und wurde erst dann Untersuchungsgebiet der Geometrie.
  • Herausragend ist die Arbeit von Leonardo da Vinci, dessen Werke als direkte Anwendung seiner Erfindungen und Experimente zu interpretieren sind.
  • Als künstlerisches Thema erscheint die Abbildung von Betrachtern – eine Beobachtung zweiter Ordnung – in der Zeit nach der Aufklärung, als die Romantik versuchte, ein Gegengewicht zu einem vom Menschen streng getrennten – und ihm überlegenen - Kosmos zu schaffen, so im Bildwerk von Caspar David Friedrich, bei denen der Betrachter der Werke sehr häufig Personen im Vordergrund beobachten kann, die selbst eine Landschaft o.ä. betrachten - nicht selten so platziert, dass diese mehr sehen können als er.
  • Die fotografischen Untersuchungen von Bewegungen von Eadweard Muybridge stellen sowohl ein wissenschaftliches als auch ein künstlerisches Experiment dar.
  • Die Werkserien von René Magritte und M.C. Escher sind streng erkenntnistheoretische Experimente, jedoch ohne methodische Auswertung.

Zum anderen ist Kunstschaffen in seinem Drang nach dem Neuen experimentell an sich. Im Gegensatz zum wissenschaftlichen Experiment ist das künstlerische nicht unbedingt reproduzierbar, teilweise verweigert es diese Forderung sogar absichtlich. Es soll dazu dienen, neue Möglichkeiten des Ausdrucks, des Mediums zu finden, Dinge auf eine Weise zu sehen oder zu tun, wie sie zuvor nicht gesehen oder getan wurden. Die Kreativität ermöglicht, neue Formen, Kombinationen, Perspektiven zu entwickeln. Es stellt also in ähnlicher Weise Grundlagenforschung dar und versucht, den Kunstbegriff zu erweitern oder zu überprüfen. Das künstlerische Experiment kann dabei auch scheitern, etwa an eigenen Ansprüchen oder Ablehnung des Publikums.

Beispiele finden sich im Experimentalfilm, in Teilen der zeitgenössischen Kunst, in der avantgardistischen oder Neuen Musik, aber auch in der Literatur. In der Postmoderne tragen auch Teile des Mainstreams experimentelle Elemente in sich (etwa im Musikvideo). Gleichzeitig werden dezidiert experimentelle Werke von einem Großteil des Publikums zurückgewiesen (Kulturindustrie) und kämpfen mit finanziellen Schwierigkeiten, Ausnahmen wie Kubricks Film Odyssee im Weltraum sind selten.

Beiden Formen ist aber gemeinsam, das sie explizit eine Frage an die Welt darstellen und eine Gesamtheit aus Beobachter, Objekt und Beobachtung sind. Und mit dem streng wissenschaftlichen Experiment teilen sie die hohen Anforderungen an Einfallsreichtum und Inspiration.

siehe auch: Kunstbegriff, Theorie der Kunst

Siehe auch

Literatur

  • Manfred Achilles: Historische Versuche der Physik. Funktionsfähig nachgebaut. ISBN 3-925831-14-2
  • Steven Schwartz: Wie Pawlow auf den Hund kam. Die 15 klassischen Experimente der Psychologie. ISBN 3407851022 (ist gleichzeitig eine sehr gute praxisbezogene Einführung in die Psychologie)
  • Klaus Hentschel: Mythen um berühmte Experimente und Experimentatoren: Das Märchen vom Zauberer im weißen Kittel. Physik in unserer Zeit 34(5), S. 225 - 231 (2003), ISSN 0031-9252
  • Amand Fäßler / Claus Jönsson (Hg.): Die Top Ten der schönsten physikalischen Experimente. (ISBN 3-499-61628-9)

Weblinks

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