Ein Experiment (bereits mittelhochdeutsch von lateinisch experimentum „das in Erfahrung Gebrachte; Versuch, Beweis, Prüfung, Probe“, von experiri „versuchen, ausprobieren, erproben, in Erfahrung bringen, erfahren“) im Sinne der Wissenschaft ist ein methodisch angelegter Versuch zur empirischen Gewinnung von Information (Daten), Klärung von Vorgängen und Umständen, Bestätigung von Theorien sowie als Grundlage neuer Erkenntnisse. Im Unterschied zur bloßen Beobachtung oder der Demonstration eines Effekts werden im Experiment Einflussgrößen verändert. Experimente werden in vielen Bereichen benötigt und durchgeführt, beispielsweise in Ingenieurwissenschaften und Technik, Naturwissenschaften, Medizin, Psychologie und Soziologie. Meist sind Zählungen oder Messungen ein wichtiger Teil des Experiments.
In der empirischen Sozialforschung versteht man unter Experiment eine den klassischen Naturwissenschaften angelehnte Methode, bei der im Idealfall alle Bedingungen und Vorgänge kontrolliert werden bis auf die Faktoren, deren Kausalzusammenhang und Wirkungsweise zu untersuchen sind.
Das Experiment ist ein wesentlicher Bestandteil im wissenschaftlichen Fortschrittsprozess. Mit der Entwicklung von Selbstverständnis der Wissenschaft, Methodik und Instrumentarium erlangte es nicht nur immer größere Bedeutung für die Gesellschaft, sondern es änderte damit auch seinen Charakter. Als Begründer der neuzeitlichen messenden Forschung mittels Experimenten wird oft Galileo Galilei angesehen. Daneben sind Experimente auch eine didaktische Methode geworden.
Einige der ersten experimentellen Versuche mit wissenschaftlichem Charakter führt der arabische Mathematiker, Optiker und Astronom Alhazen durch. Seine Erkenntnisse zur Optik gewinnt er durch seine Experimente mit der „Camera Obscura“ – angeregt insbesondere durch Ptolemäus’ mathematische und optische Erörterungen –, gleichzeitig verfasst er jedoch erstmals wissenschafts-methodologische Überlegungen zu induktiv-experimentellen Versuchen:
Eine streng geprüfte Versuchsdurchführung mit Sensibilität für die Subjektivität und Verfälschbarkeit der Ergebnisse durch die „menschliche Natur“ sei jedoch nicht genug, man müsse auch kritisch gegenüber den überlieferten Ergebnissen und Theorien sein:
Damit sei für ein objektives Experiment unumgänglich, überlieferte Ergebnisse mit experimentellen Erkenntnissen abzugleichen und gegebenenfalls Mut zum Verwerfen der Überlieferungen zu haben. In diesem Prozess dürfe aber nicht vergessen werden, dass der Mensch – als bedingender Faktor – zu subjektiven Meinungen sowie zur Hypothesenbildung neige und sich zur Objektivität durch gründliche Versuchsdurchführung sowie Selbstkritik führen müsse.
Definition und grundlegende Eigenschaften
Das Experiment stellt eine „Frage an die Natur“ dar (in den Sozialwissenschaften: an die gesellschaftliche Wirklichkeit). Dieser Frage muss, so die weit verbreitete Ansicht, eine bestimmte Hypothese zugrunde liegen, die man prüfen will. Immanuel Kant hat das experimentelle Verfahren so beschrieben: „Die Vernunft muß mit ihren Prinzipien, nach denen allein übereinkommende Erscheinungen für Gesetze gelten können, in einer Hand, und mit dem Experiment, das sie nach jenen ausdachte, in der anderen, an die Natur gehen, zwar um von ihr belehrt zu werden, aber nicht in der Qualität eines Schülers, der sich alles vorsagen läßt, was der Lehrer will, sondern eines bestallten Richters, der die Zeugen nötigt, auf die Fragen zu antworten, die er ihnen vorlegt.“ Carl Friedrich von Weizsäcker hat – aufbauend auf Kant – von einem „Verhör“ der Natur gesprochen. Das Experiment kann aber auch einfach darin bestehen, ohne bestimmte Hypothese eine bis dahin nicht beobachtete Situation herbeizuführen und sich vom Ergebnis „überraschen zu lassen“. In diesem Sinne handelt es sich um eine vorläufige Vorgehensweise ohne Gewissheit über ihren Ausgang. Derartige Experimente werden beispielsweise dann durchgeführt, wenn sich die Untersuchungsmöglichkeiten erweitert haben, etwa durch Einführung einer genaueren Messmethode oder Inbetriebnahme eines Teilchenbeschleunigers mit höherer Energie. Die Ergebnisse können dann Entdeckungen sein.
Jedes Experiment benötigt eine Versuchsanordnung; sind Versuchspersonen oder andere lebende Objekte beteiligt, spricht man auch vom Forschungsdesign. Manchmal wird die Anordnung selbst als „das Experiment“ bezeichnet, insbesondere z. B., wenn sie nur für ein einziges mögliches Experiment entworfen und hergestellt wird und dies den Großteil der experimentellen Arbeit ausmacht.
Bei vielen Experimenten fallen die Messdaten in Form stochastisch schwankender Zahlenwerte an und müssen dann mit statistischen Methoden einschließlich statistischer Tests ausgewertet werden.
Aus experimentellen Resultaten werden durch Schlussfolgerung Erkenntnisse gewonnen. Diese sind dann, oft im Zusammenspiel mit einem Modell oder auch als Grundlage eines neuen Modells, Grundlage einer Theorie.
Manche Experimente sind aus ethischer Sicht oder wegen nicht genügend berücksichtigter Gefahren unzulässig oder zumindest umstritten. Dies gilt vor allem in der Medizin (siehe Menschenversuch, Tierversuch), aber beispielsweise auch für Kernwaffentests und Gentechnik.
Vom Experiment zu unterscheiden ist die bloße wissenschaftliche Beobachtung – beispielsweise in Astronomie, Geologie, Biologie – bei der nicht in das beobachtete System eingegriffen wird. Experiment und wissenschaftliche Beobachtung haben gemeinsam, dass sie im Allgemeinen auf einer Theorie mit daraus folgenden Hypothesen fußen und dass sie planmäßig durchgeführt werden.
Besonderheiten in den einzelnen Wissenschaften
Physik, Chemie und verwandte Fächer
Die experimentelle Situation kann in den Naturwissenschaften i. A. willkürlich hergestellt und kontrolliert werden. Dementsprechend wird von den Ergebnissen die Reproduzierbarkeit – Nachvollzug mit gleichem Ergebnis durch andere Forscher, an anderem Ort, zu anderer Zeit – als Kriterium der Glaubwürdigkeit gefordert.
In vielen naturwissenschaftlichen Experimenten werden bestimmte Größen als unabhängige Variablen einer Situation systematisch verändert und die dadurch hervorgerufenen Änderungen anderer Größen, der abhängigen Variablen, gemessen. Andere, grundsätzlich veränderliche Größen, die aber im jeweiligen Experiment nicht variiert werden, werden oft als Parameter oder Einflussgrößen bezeichnet. Die klassische Physik ging davon aus, der Einfluss der Beobachtung selbst auf den beobachteten Gegenstand könne immer durch geeignete Maßnahmen vernachlässigbar klein gehalten werden. Die Einsicht, dass jeder Beobachter das Beobachtungsergebnis spezifisch beeinflusst, etwa durch Einbringen von Messungenauigkeiten, hat beispielsweise auf dem Gebiet der Astronomie zum Begriff der persönlichen Gleichung geführt. Bei Experimenten mit Quantenobjekten lässt sich der Einfluss der Beobachtung jedoch grundsätzlich nicht vermeiden.
Ein Experiment trifft unmittelbare Aussagen nur über die mit der Versuchsanordnung präparierte Situation. Jedoch 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 auftreten.