Cosa è un esperimento scientifico

Un esperimento è una procedura eseguita per supportare, confutare o convalidare un’ipotesi. Gli esperimenti forniscono informazioni su causa ed effetto, dimostrando quale esito si verifica quando un particolare fattore viene manipolato. Gli esperimenti variano notevolmente in termini di obiettivi e dimensioni, ma si basano sempre su procedure ripetibili e analisi logica dei risultati.

Ad esempio, un bambino può condurre esperimenti di base per comprendere la gravità, mentre i gruppi di scienziati possono impiegare anni di indagini sistematiche per far progredire la loro comprensione di un fenomeno. Gli esperimenti e altri tipi di attività pratiche sono molto importanti per l’apprendimento degli studenti nell’aula della scienza, aiutando lo studente a diventare più impegnato e interessato.

Gli esperimenti possono variare dai confronti naturali personali e informali (ad esempio assaggiare una gamma di cioccolatini per trovare i preferiti), ad un controllo elevato (ad esempio test che richiedono apparati complessi supervisionati da molti scienziati che sperano di scoprire informazioni sulle particelle subatomiche). Gli usi degli esperimenti variano considerevolmente tra le scienze naturali e umane.

Un esperimento deve anche controllare i possibili fattori cosiddetti “di confusione”: ovvero tutti i fattori che potrebbero compromettere l’accuratezza o la ripetibilità dell’esperimento oppure la capacità di interpretare i risultati. La confusione viene comunemente eliminata attraverso opportuni controlli scientifici e/o, in esperimenti randomizzati, attraverso l’assegnazione casuale.

Perciò gli esperimenti includono in genere controlli, progettati per minimizzare gli effetti di variabili diverse dalla singola variabile indipendente che più ci interessa. Ciò aumenta l’affidabilità dei risultati, spesso attraverso un confronto tra le misure di controllo e le altre misurazioni. I controlli scientifici sono una parte del cosiddetto “metodo scientifico”, che il ricercatore deve seguire scrupolosamente.

Idealmente, con un’opportuna progettazione dell’esperimento, tutte le variabili in un esperimento sono controllate (e spiegate dalle misure di controllo) e nessuna è incontrollata. In un tale esperimento, se tutti i controlli funzionano come previsto, è possibile concludere che l’esperimento funziona come previsto e che i risultati ottenuti sono dovuti all’effetto della variabile testata.

Nell’ingegneria e nelle scienze fisiche, gli esperimenti sono una componente principale del metodo scientifico. Sono usati per testare teorie e ipotesi su come i processi fisici funzionano in particolari condizioni (ad es., se un particolare processo ingegneristico può produrre un composto chimico desiderato). Tipicamente, gli esperimenti in questi campi si concentrano sulla replica di procedure identiche nella speranza di produrre risultati identici in ciascuna replica.

Nel metodo scientifico, un esperimento è una procedura empirica che mette alla prova modelli o ipotesi concorrenti elaborati dagli scienziati. Un esperimento di solito verifica un’ipotesi, che è un’aspettativa su come funziona un particolare processo o fenomeno. I ricercatori usano la sperimentazione anche per testare le teorie esistenti o nuove ipotesi per supportarle o confutarle.

Tuttavia, un esperimento può anche mirare a rispondere a una domanda “cosa se”, senza una specifica aspettativa su ciò che l’esperimento rivela o per confermare i risultati precedenti. Se un esperimento viene condotto con attenzione, i risultati di solito supportano o confutano l’ipotesi. Secondo alcune filosofie della scienza, però, un esperimento non può mai “dimostrare” un’ipotesi, ma solo aggiungere supporto.

Nella medicina e nelle scienze sociali, la prevalenza della ricerca sperimentale varia ampiamente tra le varie discipline. Quando vengono utilizzati, tuttavia, gli esperimenti in genere seguono la forma dello studio clinico, in cui le unità sperimentali (di solito singoli individui) vengono assegnate casualmente a una condizione di trattamento o controllo in cui vengono valutati uno o più risultati.

In contrasto con le norme nelle scienze fisiche, l’attenzione è in questo caso tipicamente sull’effetto del trattamento medio (la differenza nei risultati tra i gruppi di trattamento e di controllo) o un’altra statistica di test prodotta dall’esperimento. Un singolo studio di solito non comporta repliche dell’esperimento, ma studi separati possono essere aggregati attraverso la revisione sistematica e la meta-analisi.

Ci sono varie differenze nella pratica sperimentale in ciascuno dei rami della scienza. Ad esempio, la ricerca agricola utilizza spesso esperimenti randomizzati (ad es. per testare l’efficacia comparativa di diversi fertilizzanti), mentre l’economia sperimentale spesso implica test sperimentali di comportamenti umani teorizzati senza affidarsi all’assegnazione casuale di individui a condizioni di trattamento e controllo.