ניסוי
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
ניסוי (בלעז "אקספרימנט", לטינית experimentum מן המילה experiri "לנסות") פרושו בשיטה מדעית, סדרת פעולות ותצפיות המבוצעות לצורך פתרון בעיה או שאלה, במטרה לאושש או להפריך השערה, או מחקר ביחס לתופעה. הניסוי הוא אבן הפינה בגישה אמפירית להעשרת הידע על העולם הפיזי.
תוכן עניינים |
[עריכה] שיטת המחקר
ניסויים המנוהלים בהתאם לשיטה מדעית הם בעלי מספר מאפיינים משותפים. תכנון הניסויים מנסה לאזן בין הדרישות וההגבלות של אותו תחום מדעי במסגרתו נעשה הניסוי, כך שהניסוי יניב את המסקנות הברורות ביותר באשר להשערה הנבדקת בניסוי.
בתחומים מדעיים מסוימים, כגון פיזיקה וכימיה, קל יחסית לעמוד בדרישה כי כל המדידות הניסיוניות תעשנה באופן אובייקטיבי וכי תהיה בקרה על כל תנאי הניסוי לכל אורכו. מנגד, בתחומי מחקר אחרים כמו ביולוגיה ורפואה, קשה מאוד לעיתים להבטיח בקרה מושלמת על כל המשתנים בניסוי לכל אורכו ואילו בתחום מדעי החברה, קשה אפילו יותר להגדיר שיטה מדויקת למדידת תוצאות ניסוי באופן אובייקטיבי.
מסיבות אלה תחומים מדעיים כמו הפיזיקה ותחומים אחרים של מדעי הטבע מכונים לעיתים "מדעים מדויקים" (או מדעים "קשים") בניגוד למדעי החברה ותחומים מדעיים אחרים, המכונים לעיתים מדעים "רכים".
בתחום מדעי החברה הדרישה לבקרה מוחלטת על תנאי הניסוי עשויה לעיתים לבוא לידי סתירה עם האפשרות להגיע למסקנות ברורות כלשהן באשר להשערת המחקר, באשר היא מתייחסת לתנאים שאינם מבוקרים מטבעם. כאשר מבוצע ניסוי מבוקר מתוך השאיפה לבדוק השערה העובדת "באופן כללי", לניסוי עשוי להיות "תוקף פנימי" רב, במובן שהתוצאות בעלות תוקף בתנאים מבוקרים, בעוד שבאותה עת הניסוי חסר "תוקף חיצוני" כאשר מנסים ליישם את תוצאות הניסוי בחיי המציאות. אחת הסיבות לתופעה זו היא אפקט הות'ורן, סיבה אחרת היא כי השפעות של שיווי משקל חלקי אינן תקיפות בתנאים של שיווי משקל מלא.
כתוצאה משיקולים אלה, תכנון הניסוי במדעים המדויקים נוטה להתמקד על הסרת כל השפעה חיצונית, בעוד שניסויים במדעים "הרכים" יותר מתמקד יותר על הבעיות בתוקף החיצוני של תוצאות הניסוי, לעיתים באמצעות שימוש בשיטות סטטיסטיות. לעיתים מתרחשים אירועים טבעיים מהם ניתן להסיק מסקנות מדעיות, אלה הם הבסיס לניסויים טבעיים. במקרים כאלה המדען ניצב בפני בעיית הערכת ה"תכנון" הטבעי של הניסוי.
[עריכה] ניסויים מבוקרים
השערות רבות במדע, בפיזיקה למשל, יכולות לבסס קשר סיבתי בין גורמים בכך שהן מצביעות על העובדה כי עד אשר לא מתרחשת תופעה מסוימת, לא קורה דבר אחר וכי כאשר התופעה מתרחשת, ניתן לצפות באותה תופעה אחרת. מצבים כאלה נדירים במדע.
לדוגמה, יש בדיחה ישנה ולפיה מישהו טוען כי מרעיש כדי להרחיק ממנו את הטיגריסים ומיד מצדיק את התנהגותו באמירה: "אתה רואה, זה עובד!" בעוד ש"ניסוי" זה איננו מפריך את ההשערה כי "השמעת רעש מרחיקה טיגריסים", הוא גם איננו תומך בהשערה ולפיה: אי-השמעת רעש איננה מרחיקה את הטיגריסים.
כדי להדגים השערה בדבר קשר סיבתי בין אירועים, הניסוי חייב להראות כי, לדוגמה, תופעה מסוימת מתרחשת לאחר שניתן לנבדק טיפול מסוים וכי התופעה איננה מתרחשת בהיעדר אותו טיפול. (ראה שיטת בייקון).
ניסוי מבוקר משווה בדרך כלל בין התוצאות שהתקבלו בדגימת הניסוי (או קבוצת הניסוי) לבין התוצאות שהתקבלו בדגימת הבקרה (או קבוצת הבקרה), שהיא זהה בכל לדגימת הניסוי להוציא את אותו גורם שאת השפעתו אנחנו מבקשים לבדוק. ניסויים בתרופות הם דוגמה טובה לשיטת ניסוי זו. קבוצת הניסוי היא הקבוצה המקבלת את התרופה, בעוד שקבוצת הבקרה תקבל פלסבו. בניסויי מעבדה רבים רצוי לבצע את הניסוי על דגימות חוזרות ולקיים דגימות בקרה חיוביות ודגימות בקרה שליליות. את התוצאות המתקבלות מדגימות הניסוי החוזרות ניתן בדרך כלל לחשב בממוצע, או במידה ותוצאות אחת הדגימות החוזרות חורגת במידה ברורה מן הדגימות האחרות, ניתן להתעלם ממנה כתוצאה של טעות בניסוי (יתכן שפסחנו על צעד ניסויי כלשהו בדגימה זו). לעיתים, חוזרים על אותו ניסוי פעמיים ושלוש, כדי להגביר את תוקף התוצאות.
דגימת בקרה חיובית עוברת הליך הדומה מאוד לניסוי עצמו, אבל זהו הליך שידוע מניסויים קודמים כי יניב תוצאה חיובית. בקרה שלילית היא הליך שידוע כי יניב תוצאה שלילית. הבקרה החיובית מאוששת את ההנחה כי תנאי הניסוי הם כאלה שניתן היה לקבל תוצאה חיובית, אפילו אם אף לא אחת מדגימות הניסוי עצמו הניבה תוצאה חיובית. הבקרה השלילית מדגימה את התוצאות המתקבלות כאשר הניסוי אינו מניב את התוצאה החיובית. לעיתים קרובות מתייחסים לבקרה השלילית כאל תוצאת "רקע" שאותה יש להפחית מן התוצאות המתקבלות מדגימות הניסוי.
ניתן לבצע ניסויים מבוקרים אף בתנאים שבהם קשה לשלוט על כל משתני הניסוי. במקרה כזה הניסוי נפתח ביצירת שתי קבוצות (או יותר) של דגימות השוות מבחינה הסתברותית. זאת אומרת, שמדידות של תכונות שונות בין שתי הקבוצות נמצאו זהות והקבוצות מגיבות באופן זהה לאותו טיפול. הזהות הזו בין הקבוצות נקבעת בשיטות סטטיסטיות הלוקחות בחשבון את מידת השונות בין היחידים וכן את מספר היחידים בכל קבוצה. בשטחים מדעיים כמו מיקרוביולוגיה וכימיה, שבהם כמעט ולא קיימים הבדלים בין יחידים בקבוצות מדגם, וגודל קבוצות המדגם מורכב ממיליוני יחידות (למשל, מולקולות, או חיידקים), ניתן לפסוח על שיטות סטטיסטיות אלה מתוך ההנחה כי די בחלוקת המדגם לשתי קבוצות מדגם (ניסוי ובקרה) ובכך השגנו שתי דגימות זהות.
מרגע שבידינו שתי דגימות זהות, מהלך הניסוי מתוכנן כך שהן תקבלנה תנאים זהים בדיוק, להוציא משתנה בודד, שאותו אנו חפצים לבדוק. ניסויים בבני אדם דורשים שימוש באמצעי זהירות מיוחדים כדי לשלוט בגורמים חיצוניים, כגון אפקט הפלסבו. ניסויים כאלה הם בדרך כלל כפולי סמיות (double blind). זאת אומרת, שהנבדק וגם החוקר אינם יודעים מי מהנבדקים משתייך לקבוצת הניסוי ומי מהם לקבוצת הבקרה, אלא לאחר שהסתיים הניסוי וכל המידע הרצוי נאסף. אמצעי בקרה זה מבטיח שההשפעה היחידה על הנבדק תהיה כתוצאה מן הטיפול הניתן ולא כתוצאה מתגובה לידיעה שהוא מטופל בתרופה הניסיונית.
[עריכה] ניסויים טבעיים
המונח "ניסוי" מצביע בדרך כלל על עריכת הליך בתנאים מבוקרים, אולם לעיתים עריכת ניסויים מבוקרים מסובכת ביותר או אפילו בלתי אפשרית. במקרים כאלה חוקרים נאלצים לבצע "ניסויים טבעיים". ניסויים טבעיים מתבססים על תצפיות באשר למשתנים במערכת שאותה חוקרים, זאת תחת ניסיון לבנות מערכת לבקרת משתנים אלה. הניסוי נערך מבלי שהחוקר מבצע מניפולציה כלשהי בתופעה הנחקרת, זולת מדידת משתנים. בתנאים אלה מנסה החוקר לאסוף נתונים מן המערכת באופן שבו ניתן ללמוד על תרומתו היחסית של כל משתנה לתופעה ובמקרים שבהם משתנים מסוימים נותרים יציבים לאורך זמן ניתן ללמוד על השפעת משתנים אחרים. המידה שבה דבר זה אפשרי תלויה בקורלציה שבין המשתנים המסבירים בנתוני התצפית. כאשר לא קיימת קורלציה טובה בין המשתנים, ניתן להתקרב בניסויים טבעיים לרמת ודאות בתוצאות המתקבלת בניסויים מבוקרים. אולם לרוב, קיימת קורלציה כלשהי בין המשתנים, כך יורדת המהימנות של תוצאות הניסוי הטבעי ביחס למה שניתן היה להסיק מניסוי הנערך בתנאים מבוקרים. כמו כן, כיוון שניסויים טבעים מתרחשים בדרך כלל בסביבה לא מבוקרת, משתנים ממקורות שלא זוהו אינם נמדדים ולא מבוקרים ואלה עשויים "לזהם" את הנתונים הנמדדים ולגרום לאשליה של קורלציה ביניהם.
מחקר רב בשטחי מדע מסוימים הוא בעל אופי של ניסויים טבעים, כך למשל ניסויים בשדה הכלכלה, מדע המדינה, גאולוגיה, אקולוגיה, מטאורולוגיה ואסטרונומיה. לדוגמה, בשטח האסטרונומיה, כאשר מנסים לבדוק את ההשערה "שמשות הן ענני מימן הקורסים לתוך עצמם", ברור שלא ניתן להתחיל את הניסוי בכך שנפריח ענן מימן ענק ואז נמתין משך מספר מיליארדי שנה כדי לראות אם תיווצר שמש. יחד עם זאת, על ידי תצפיות בענני מימן בשלבים שונים של קריסה וכן תצפית על מסקנות אחרות של השערה זו (לדוגמה, פליטת אור באורך גל מסוים משמשות קיימות), ניתן לאסוף נתונים הדרושים לצורך תמיכה בהשערה. דוגמה היסטורית לניסוי טבעי הייתה ההוכחה הראשונה במאה ה-17 כי אור איננו עובר ממקום למקום באופן מיידי, אלא במהירות שניתנת למדידה. תצפיות על הופעת הירחים של צדק הדגימו השהיית מה כאשר צדק היה מרוחק יותר מכדור הארץ, ביחס למועד הופעתם כאשר כאשר צדק היה קרוב יותר לכדור הארץ. תופעה זו הדגימה כי ההשהיה בהופעת הירחים היא ביחס ישר למהירות האור.
[עריכה] ניסויים תצפיתיים
ניסויים תצפייתיים דומים מאוד לניסויים מבוקרים להוציא את העובדה שאין בהם את השוויון ההסתברותי בין דגימת הניסוי לדגימת הבקרה. ניסויים כאלה מתבצעים לעיתים קרובות בשטח הרפואה שבו, בגלל שיקולים אתיים, אין זה אפשרי ליצור קבוצת בקרה אמיתית. לדוגמה, לא ניתן לדרוש כי כאשר נעשה ניסוי על נבדקים החולים במחלה מסכנת חיים, נמנע מקבוצת הבקרה כל טיפול נגד המחלה. תוצאותיהם של ניסויים תצפייתיים הם בעלי מהימנות נמוכה יותר מניסויים מבוקרים, כיוון שהם חשופים הרבה יותר לסכנת הטייה בבחירת המשתתפים. חוקרים מנסים לענות על חולשה זו בעזרת חישובים סטטיסטיים מסובכים.
[עריכה] ניסויי שדה
הכינוי "ניסויי שדה" ניתן לניסויים אלה כדי להדגיש את ההבדל שבינם לבין ניסויי מעבדה. ניסויים כאלה נהוגים לעיתים קרובות במדעי החברה ובמיוחד בניתוח כלכלי של התערבויות חינוכיות ובריאותיות. לניסויי שדה את היתרון בכך שהתוצאות ניצפות בתנאים טבעיים ולא בתנאי מעבדה מלאכותיים. להבדיל מניסויים טבעיים, החוקר בניסוי שדה מציג משתנה חדש, או משנה את גודלו של משתנה קיים, בשדה הניסוי. אולם, כמו ניסויים טבעיים, אף ניסויי שדה סובלים מן האפשרות של משתנים מתערבים העלולים לגרום לתוצאות בלתי מדויקות.
