Hoe begin je aan een wetenschappelijk experiment?

Wetenschappelijke kennis steunt op één fundamentele pilaar: het experiment. Door middel van experimenten kunnen theorieën worden ondersteund of weerlegd, en breidt onze kennis stelselmatig uit. Deze experimenten moeten echter op de correcte manier gebeuren, opdat de resultaten die ze opleveren correct kunnen worden geïnterpreteerd. Eerst moet onderzoek worden gedaan naar bestaande kennis, waarna een hypothese geformuleerd kan worden. Daarna moet het experiment zo worden opgezet dat het de hypothese kan weerleggen of ondersteunen. Ten slotte moet het experiment correct worden uitgevoerd en dienen de resultaten te worden geïnterpreteerd. Enkel via deze werkwijze kan de wetenschappelijke kennis een stap verder komen.

Gaten in onze kennis

Wetenschappelijk onderzoek is er op gericht om gaten in onze kennis op te vullen. Om uit te vissen waar deze gaten zich bevinden, dient eerst een studie van de beschikbare literatuur te gebeuren. Het onderwerp van het onderzoek moet specifiek genoeg zijn; ‘de hersenen’ is als onderwerp te breed, terwijl ‘het effect van de zwarte gaten op de zwaartekracht van de aarde’ een goed startpunt is. Door het opzoeken en doornemen van de literatuur over het onderwerp kan men een overzicht maken van de kennis die tot nu toe beschikbaar is.

Op basis van de beschikbare kennis kan dan een overzicht worden gemaakt van de ontbrekende kennis. De bestaande literatuur moet met een kritisch oog worden bekeken, waarbij niets zomaar voor waar wordt aangenomen. Dan gaat men over tot het identificeren van gebieden die geschikt zijn voor verder onderzoek. Dit kan inhouden dat men een onderwerp meer in detail uitzoekt, of dat men een nieuwe toepassing voor een bepaald kennisgebied bedenkt. Ook kan men meer bewijzen zoeken voor theorieën die in het verleden al geformuleerd werden, maar die nog weinig experimentele ondersteuning hebben vergaard.

Testen van een hypothese

Al deze informatie wordt uiteindelijk gebundeld in een hypothese of onderzoeksvraag. Deze onderzoeksvraag moet specifiek, helder, en vooral testbaar zijn. Het doel van een experiment moet zijn om een hypothese te weerleggen; indien het experiment de hypothese niet weerlegd, is dit een aanwijzing dat de hypothese klopt. Een hypothese kan nooit worden bewezen, maar enkel worden weerlegd of ondersteund.

Na formulering van de hypothese moet het experiment worden opgezet. De testomgeving wordt gekozen om de hypothese zo correct mogelijk te kunnen testen. Dit kan gaan van een geschikt biologisch laboratorium tot een computersimulatie. Het doel is om de hypothese met 100% zekerheid te kunnen weerleggen indien men tot een bepaald resultaat komt. Hierbij moet men ook bepalen welke resultaten gecapteerd zullen worden. Deze variabelen worden op voorhand bepaald, zodat ze correct kunnen worden gemeten. Ze moeten voldoende informatie opleveren om de hypothese te testen en de resultaten moeten ondubbelzinnig te interpreteren zijn.

Ten slotte moet men vooraleer het experiment wordt gestart bepalen hoe het experiment wordt uitgevoerd, welke veiligheidsmaatregelen worden genomen, en hoe de resultaten zullen worden geanalyseerd en geïnterpreteerd. Dit zorgt ervoor dat de onderzoeker een objectieve analyse uitvoert en de uitkomst niet beïnvloed wordt door persoonlijke overtuiging.

Uitvoeren van het experiment

Bij het uitvoeren van het experiment moet de methode die vooraf bepaald werd exact worden gevolgd. Indien het experiment mislukt, kan men de methode aanpassen en opnieuw proberen. Om de methode zo efficiënt mogelijk aan te passen, is het cruciaal dat alle stappen correct worden gevolgd en neergeschreven. Ook de resultaten moeten zo nauwkeurig mogelijk worden genoteerd, zodat ze achteraf eenvoudig te interpreteren zijn. Indien bepaalde instrumenten worden gebruikt, dienen deze voor het experiment correct getest en gekalibreerd te worden, zodat foutief ingestelde instrumenten het experiment niet beïnvloeden.

Nadat het experiment is uitgevoerd, is het net zo belangrijk om het experiment te herhalen. Hoe nauwkeurig een experiment ook is opgezet, kleine omgevingsfactoren kunnen de resultaten verstoren. Door de resultaten te bevestigen met een herhaling van het experiment, kan men de hypothese met meer zekerheid weerleggen. Indien de hypothese niet weerlegd wordt, biedt een herhaling meer aanwijzingen dat de hypothese correct is.

Interpretatie van de resultaten

Wanneer alle resultaten verzameld zijn, is het tijd om deze te interpreteren. Een evaluatie van het experiment zelf is hier ook van belang, zodat eventuele fouten kunnen worden opgespoord. De interpretatie van de resultaten gebeurt volgens de methoden die vooraf bepaald zijn. Vaak levert een experiment onverwachte resultaten op, die tot een nieuwe hypothese leiden. Na het uitvoeren van een experiment kan echter geen nieuwe hypothese worden geformuleerd voor dezelfde resultaten. Een nieuwe hypothese vergt steeds een nieuw experiment, dat nauwkeurig wordt opgezet.

Indien de resultaten een hypothese ondubbelzinnig weerleggen of ondersteunen, kan men ze publiceren in een wetenschappelijk tijdschrift. Hierbij worden de resultaten nagekeken door experts in het veld, waardoor de validiteit van het onderzoek extra wordt bevestigd. Op die manier draagt het experiment bij tot de algemene wetenschappelijke kennis, die steeds wordt uitgebreid.