Естественный эксперимент — это исследование, в котором индивидуумы (или группы индивидуумов) подвергаются экспериментальным и контрольным условиям, которые определяются природой или другими факторами, находящимися вне контроля исследователей. Процесс, управляющий воздействиями, возможно, напоминает случайное назначение . Таким образом, естественные эксперименты являются наблюдательными исследованиями и не контролируются в традиционном смысле рандомизированного эксперимента ( исследование с вмешательством ). Естественные эксперименты наиболее полезны, когда имело место четко определенное воздействие, включающее четко определенную субпопуляцию (и отсутствие воздействия в аналогичной субпопуляции), так что изменения в результатах могут быть правдоподобно приписаны воздействию. [1] [2] В этом смысле разница между естественным экспериментом и неэкспериментальным наблюдательным исследованием заключается в том, что первый включает сравнение условий, которые прокладывают путь для причинно-следственного вывода , а второй — нет.
Естественные эксперименты используются в качестве исследовательских проектов, когда контролируемые эксперименты крайне сложно реализовать или они неэтичны, например, в нескольких областях исследований, рассматриваемых в эпидемиологии (например, оценка воздействия на здоровье различной степени воздействия ионизирующего излучения на людей, проживающих недалеко от Хиросимы во время атомного взрыва [3] ) и экономике (например, оценка экономической отдачи от объема обучения взрослых в США [4] ). [1] [2]
Одним из самых известных ранних естественных экспериментов была вспышка холеры на Брод-стрит в Лондоне , Англия, в 1854 году. 31 августа 1854 года крупная вспышка холеры поразила Сохо . В течение следующих трех дней около Брод-стрит умерло 127 человек. К концу вспышки умерло 616 человек. Врач Джон Сноу определил источник вспышки как ближайший общественный водоразборный насос, используя карту смертей и заболеваний, которая выявила скопление случаев вокруг насоса.
В этом примере Сноу обнаружил сильную связь между использованием воды из насоса и смертями и заболеваниями из-за холеры. Сноу обнаружил, что Southwark and Vauxhall Waterworks Company , которая поставляла воду в районы с высоким уровнем заболеваемости, получала воду из Темзы ниже по течению, откуда в реку сбрасывались неочищенные сточные воды . Напротив, районы, которые снабжались водой Lambeth Waterworks Company , которая получала воду выше по течению от точек сброса сточных вод, имели низкий уровень заболеваемости. Учитывая почти бессистемное развитие водоснабжения в Лондоне середины девятнадцатого века, Сноу рассматривал эти разработки как «эксперимент... в самом большом масштабе». [5] Конечно, воздействие загрязненной воды не контролировалось ни одним ученым. Поэтому это воздействие было признано естественным экспериментом. [6] [7] [8]
Целью исследования Angrist and Evans (1998) [9] была оценка влияния размера семьи на результаты на рынке труда матери. По крайней мере по двум причинам корреляции между размером семьи и различными результатами (например, заработком) не дают нам информации о том, как размер семьи причинно влияет на результаты на рынке труда. Во-первых, как на результаты на рынке труда, так и на размер семьи могут влиять ненаблюдаемые «третьи» переменные (например, личные предпочтения). Во-вторых, сами результаты на рынке труда могут влиять на размер семьи (это называется «обратная причинность»). Например, женщина может отложить рождение ребенка, если она получает повышение на работе. Авторы отметили, что семьи с двумя детьми, в которых либо два мальчика, либо две девочки, имеют значительно больше шансов иметь третьего ребенка, чем семьи с двумя детьми, в которых один мальчик и одна девочка. Таким образом, пол первых двух детей представляет собой своего рода естественный эксперимент: это как если бы экспериментатор случайным образом назначил некоторым семьям двух детей, а другим — трех. Затем авторы смогли достоверно оценить причинно-следственный эффект рождения третьего ребенка на результаты рынка труда. Энгрист и Эванс обнаружили, что деторождение оказало большее влияние на бедных и менее образованных женщин, чем на высокообразованных женщин, хотя влияние на заработок третьего ребенка, как правило, исчезало к 13-летию этого ребенка. Они также обнаружили, что рождение третьего ребенка мало повлияло на заработок мужей. [9]
В экономике игровые шоу являются часто изучаемой формой естественного эксперимента. Хотя игровые шоу могут показаться искусственными контекстами, их можно считать естественными экспериментами из-за того, что контекст возникает без вмешательства ученого. Игровые шоу использовались для изучения широкого спектра различных типов экономического поведения, таких как принятие решений в условиях риска [10] и кооперативное поведение. [11]
В Хелене, штат Монтана, запрет на курение действовал во всех общественных местах, включая бары и рестораны, в течение шестимесячного периода с июня 2002 года по декабрь 2002 года. Хелена географически изолирована и обслуживается только одной больницей. Исследователи отметили, что уровень сердечных приступов снизился на 40%, пока действовал запрет на курение. Противники закона добились приостановки исполнения закона через шесть месяцев, после чего уровень сердечных приступов снова вырос. [12] Это исследование было примером естественного эксперимента, называемого экспериментом с перекрестным случаем , когда воздействие на время прекращается, а затем возвращается. Исследование также отметило свои собственные недостатки, которые потенциально предполагают, что невозможность контролировать переменные в естественных экспериментах может помешать исследователям делать однозначные выводы. [12]
Испытания ядерного оружия привели к выбросу большого количества радиоактивных изотопов в атмосферу, некоторые из которых могли быть включены в биологические ткани. Выброс прекратился после Договора о частичном запрещении ядерных испытаний в 1963 году, который запретил атмосферные ядерные испытания. Это напоминало крупномасштабный эксперимент по преследованию импульсов , но не могло быть проведено как обычный эксперимент на людях из-за научной этики. Было возможно провести несколько типов наблюдений (у людей, родившихся до 1963 года), таких как определение скорости замены клеток в различных тканях человека.
Важным вопросом в экономических исследованиях является то, что определяет заработок. Энгрист (1990) оценил влияние военной службы на пожизненный заработок. [13] Используя статистические методы, разработанные в эконометрике , [14] Энгрист извлек выгоду из приблизительного случайного распределения лотереи призыва во Вьетнамскую войну и использовал ее в качестве инструментальной переменной, связанной с правом (или не правом) на военную службу. Поскольку многие факторы могут предсказать, будет ли человек служить в армии, лотерея призыва представляет собой естественный эксперимент, в ходе которого призванных в армию можно сравнивать с не призванными, поскольку эти две группы не должны существенно различаться до военной службы. Энгрист обнаружил, что заработки ветеранов были в среднем примерно на 15 процентов меньше, чем заработки неветеранов.
С промышленной революцией в девятнадцатом веке многие виды моли, включая хорошо изученную березовую пяденицу , отреагировали на загрязнение атмосферы диоксидом серы и сажей вокруг городов промышленным меланизмом , резким увеличением частоты темных форм по сравнению с ранее обильными бледными, крапчатыми формами. В двадцатом веке, по мере улучшения регулирования и снижения загрязнения, что создало условия для крупномасштабного естественного эксперимента, тенденция к промышленному меланизму была обращена вспять, и меланические формы быстро стали редкими. Этот эффект привел эволюционных биологов Л. М. Кука и Дж. Р. Г. Тернера к выводу, что « естественный отбор является единственным достоверным объяснением общего спада». [15]