Esperimento

Gli esperimenti possono essere classificati secondo una serie di dimensioni, a seconda delle norme e degli standard professionali nei diversi campi di studio. In alcune discipline (per esempio, psicologia o scienze politiche), un ‘vero esperimento’ è un metodo di ricerca sociale in cui ci sono due tipi di variabili. La variabile indipendente è manipolata dallo sperimentatore, e la variabile dipendente è misurata. La caratteristica significativa di un vero esperimento è che assegna casualmente i soggetti per neutralizzare i pregiudizi dello sperimentatore, e garantisce, su un gran numero di iterazioni dell’esperimento, di controllare tutti i fattori confondenti.

Esperimenti controllatiModifica

Un esperimento controllato spesso confronta i risultati ottenuti da campioni sperimentali contro campioni di controllo, che sono praticamente identici al campione sperimentale tranne che per un aspetto il cui effetto viene testato (la variabile indipendente). Un buon esempio potrebbe essere una sperimentazione di un farmaco. Il campione o il gruppo che riceve il farmaco sarebbe il gruppo sperimentale (gruppo di trattamento); e quello che riceve il placebo o il trattamento regolare sarebbe quello di controllo. In molti esperimenti di laboratorio è buona norma avere diversi campioni replicati per il test che viene eseguito e avere sia un controllo positivo che uno negativo. I risultati dei campioni replicati possono spesso essere mediati, o se uno dei replicati è ovviamente incoerente con i risultati degli altri campioni, può essere scartato come il risultato di un errore sperimentale (qualche passo della procedura del test può essere stato erroneamente omesso per quel campione). Il più delle volte, i test sono fatti in duplicato o in triplicato. Un controllo positivo è una procedura simile all’attuale test sperimentale, ma è noto dall’esperienza precedente per dare un risultato positivo. Un controllo negativo è noto per dare un risultato negativo. Il controllo positivo conferma che le condizioni di base dell’esperimento sono state in grado di produrre un risultato positivo, anche se nessuno dei campioni sperimentali reali produce un risultato positivo. Il controllo negativo dimostra il risultato di base ottenuto quando un test non produce un risultato positivo misurabile. Il più delle volte il valore del controllo negativo viene trattato come un valore di “sfondo” da sottrarre dai risultati del campione di test. A volte il controllo positivo prende il quadrante di una curva standard.

Un esempio che viene spesso usato nei laboratori di insegnamento è un test proteico controllato. Agli studenti potrebbe essere dato un campione di fluido contenente una quantità sconosciuta (per lo studente) di proteine. Il loro compito è quello di eseguire correttamente un esperimento controllato in cui determinano la concentrazione di proteine nel campione di fluido (solitamente chiamato “campione sconosciuto”). Il laboratorio didattico sarebbe dotato di una soluzione standard di proteine con una concentrazione di proteine nota. Gli studenti potrebbero fare diversi campioni di controllo positivo contenenti varie diluizioni della proteina standard. I campioni di controllo negativo conterrebbero tutti i reagenti per il test della proteina ma nessuna proteina. In questo esempio, tutti i campioni vengono eseguiti in duplicato. Il test è un test colorimetrico in cui uno spettrofotometro può misurare la quantità di proteine nei campioni rilevando un complesso colorato formato dall’interazione tra molecole di proteine e molecole di un colorante aggiunto. Nell’illustrazione, i risultati per i campioni di prova diluiti possono essere confrontati con i risultati della curva standard (la linea blu nell’illustrazione) per stimare la quantità di proteine nel campione sconosciuto.

Gli esperimenti controllati possono essere eseguiti quando è difficile controllare esattamente tutte le condizioni in un esperimento. In questo caso, l’esperimento inizia con la creazione di due o più gruppi di campioni che sono probabilisticamente equivalenti, il che significa che le misurazioni dei tratti dovrebbero essere simili tra i gruppi e che i gruppi dovrebbero rispondere nello stesso modo se viene dato lo stesso trattamento. Questa equivalenza è determinata da metodi statistici che prendono in considerazione la quantità di variazione tra gli individui e il numero di individui in ogni gruppo. In campi come la microbiologia e la chimica, dove c’è poca variazione tra gli individui e la dimensione del gruppo è facilmente nell’ordine dei milioni, questi metodi statistici sono spesso aggirati e la semplice divisione di una soluzione in parti uguali è assunta per produrre gruppi di campioni identici.

Una volta che i gruppi equivalenti sono stati formati, lo sperimentatore cerca di trattarli in modo identico tranne che per una variabile che desidera isolare. La sperimentazione umana richiede salvaguardie speciali contro le variabili esterne come l’effetto placebo. Tali esperimenti sono generalmente in doppio cieco, il che significa che né il volontario né il ricercatore sanno quali individui sono nel gruppo di controllo o nel gruppo sperimentale fino a quando tutti i dati sono stati raccolti. Questo assicura che qualsiasi effetto sul volontario sia dovuto al trattamento stesso e non sia una risposta al sapere che viene trattato.

Negli esperimenti umani, i ricercatori possono dare a un soggetto (persona) uno stimolo a cui il soggetto risponde. L’obiettivo dell’esperimento è quello di misurare la risposta allo stimolo con un metodo di prova.

Nel disegno degli esperimenti, due o più “trattamenti” sono applicati per stimare la differenza tra le risposte medie dei trattamenti. Per esempio, un esperimento sulla cottura del pane potrebbe stimare la differenza nelle risposte associate a variabili quantitative, come il rapporto tra acqua e farina, e a variabili qualitative, come i ceppi di lievito. La sperimentazione è il passo del metodo scientifico che aiuta le persone a decidere tra due o più spiegazioni concorrenti – o ipotesi. Queste ipotesi suggeriscono ragioni per spiegare un fenomeno o prevedere i risultati di un’azione. Un esempio potrebbe essere l’ipotesi che “se lascio questa palla, cadrà a terra”: questo suggerimento può essere testato eseguendo l’esperimento di lasciare andare la palla e osservando i risultati. Formalmente, un’ipotesi viene confrontata con il suo opposto o ipotesi nulla (“se rilascio questa palla, non cadrà a terra”). L’ipotesi nulla è che non c’è spiegazione o potere predittivo del fenomeno attraverso il ragionamento che si sta studiando. Una volta definite le ipotesi, un esperimento può essere condotto e i risultati analizzati per confermare, confutare o definire l’accuratezza delle ipotesi.

Gli esperimenti possono anche essere progettati per stimare gli effetti di ricaduta su unità vicine non trattate.

Esperimenti naturaliModifica

Il termine “esperimento” di solito implica un esperimento controllato, ma a volte gli esperimenti controllati sono proibitivamente difficili o impossibili. In questo caso i ricercatori ricorrono a esperimenti naturali o quasi-esperimenti. Gli esperimenti naturali si basano esclusivamente sull’osservazione delle variabili del sistema in studio, piuttosto che sulla manipolazione di una o poche variabili come avviene negli esperimenti controllati. Per quanto possibile, cercano di raccogliere dati per il sistema in modo tale che il contributo di tutte le variabili possa essere determinato, e dove gli effetti della variazione di alcune variabili rimangono approssimativamente costanti in modo da poter discernere gli effetti di altre variabili. Il grado in cui questo è possibile dipende dalla correlazione osservata tra le variabili esplicative nei dati osservati. Quando queste variabili non sono ben correlate, gli esperimenti naturali possono avvicinarsi alla potenza degli esperimenti controllati. Di solito, tuttavia, c’è una certa correlazione tra queste variabili, il che riduce l’affidabilità degli esperimenti naturali rispetto a ciò che si potrebbe concludere se venisse eseguito un esperimento controllato. Inoltre, poiché gli esperimenti naturali di solito si svolgono in ambienti non controllati, le variabili provenienti da fonti non rilevate non sono né misurate né tenute costanti, e queste possono produrre correlazioni illusorie nelle variabili sotto studio.

Molte ricerche in diverse discipline scientifiche, tra cui economia, geografia umana, archeologia, sociologia, antropologia culturale, geologia, paleontologia, ecologia, meteorologia e astronomia, si basano su quasi-esperimenti. Per esempio, in astronomia è chiaramente impossibile, quando si verifica l’ipotesi “Le stelle sono nubi di idrogeno collassate”, partire da una nube gigante di idrogeno e poi fare l’esperimento di aspettare qualche miliardo di anni che si formi una stella. Tuttavia, osservando varie nubi di idrogeno in vari stati di collasso, e altre implicazioni dell’ipotesi (per esempio, la presenza di varie emissioni spettrali dalla luce delle stelle), possiamo raccogliere i dati necessari per sostenere l’ipotesi. Un primo esempio di questo tipo di esperimento fu la prima verifica, nel XVII secolo, che la luce non viaggia da un luogo all’altro istantaneamente, ma ha invece una velocità misurabile. L’osservazione dell’apparizione delle lune di Giove era leggermente ritardata quando Giove era più lontano dalla Terra, rispetto a quando Giove era più vicino alla Terra; e questo fenomeno fu usato per dimostrare che la differenza nel tempo di apparizione delle lune era coerente con una velocità misurabile.

Esperimenti sul campoModifica

Gli esperimenti sul campo sono così chiamati per distinguerli dagli esperimenti di laboratorio, che impongono il controllo scientifico testando un’ipotesi nell’ambiente artificiale e altamente controllato di un laboratorio. Spesso usati nelle scienze sociali, e specialmente nelle analisi economiche degli interventi nel campo dell’educazione e della salute, gli esperimenti sul campo hanno il vantaggio che i risultati sono osservati in un ambiente naturale piuttosto che in un artificioso ambiente di laboratorio. Per questo motivo, gli esperimenti sul campo sono a volte visti come aventi una maggiore validità esterna rispetto agli esperimenti di laboratorio. Tuttavia, come gli esperimenti naturali, gli esperimenti sul campo soffrono della possibilità di contaminazione: le condizioni sperimentali possono essere controllate con più precisione e certezza in laboratorio. Tuttavia, alcuni fenomeni (ad esempio, l’affluenza degli elettori in un’elezione) non possono essere facilmente studiati in laboratorio.