Глава 3. Эксперименты, которые «улучшают» реальный мир

По какой причине высококвалифицированный летчик разбивает торговый реактивный самолет во время обычной посадки в аэропорту спокойной ясной ночью? Такой вопрос задали себе два психолога-экспериментатора Конрад Крафт и Чарльз Элворт (1969) вместе с компанией «Боинг». При этом они имели в виду не единственную аварию. Как это ни удивительно, но почти каждый пятый несчастный случай в авиации происходит «во время безопасных на первый взгляд ночных посадок, выполняемых с помощью визуального контроля» (с. 2).

Для того чтобы квалифицированно ответить на этот вопрос — и тем самым положить начало практическому решению проблемы, — Крафт и Элворт проанализировали статистику несчастных случаев во время ночных посадок. И им удалось найти ключ к разгадке: по большей части это случается в аэропортах, расположенных несколько ниже по сравнению с близлежащими городами. Примером может служить аэропорт, расположенный на берегу большого озера. Самолет заходит на посадку над водой и приземляется в аэропорту, который лишь немного выше ее уровня. Уровень же, на котором расположен город, постепенно поднимается за аэродромом.

Исследователи выдвинули такую экспериментальную гипотезу. Способ визуальной ориентации, которым пользуется пилот при посадке, позволяет ему вести самолет по нужной траектории только тогда, когда город и аэропорт расположены на одном уровне. Если же город расположен выше, то фактическая траектория посадки оказывается слишком низкой.

Такую гипотезу можно проверить экспериментально. Для этого пилоту нужно сажать самолет в двух разных аэропортах: один из них должен быть расположен на одном уровне с городом, а другой — немного ниже. Однако такой эксперимент, дублирующий реальный мир, не будет удовлетворительной проверкой гипотезы. Основная причина этого — слишком большое количество факторов, не связанных с наклоном земной поверхности, которые трудно устранить. Две реальные ситуации могут различаться по расположению наземных огней, условиям видимости, силе воздушного потока и т. п. Кроме того, подобный эксперимент опасен для пилота. Не исключено поэтому, что в целях собственной безопасности пилот не ограничится только зрительным наблюдением, а будет ориентироваться и по показаниям приборов. Это же, в свою очередь, также понизит надежность результатов эксперимента. Ведь исследователи хотят узнать, как будет совершать посадку пилот, пользуясь только визуальной информацией — наземными огнями, которые расположены либо на горизонтальной поверхности, либо идущей в гору.

Таким образом, эксперимент, дублирующий реальный мир, в данном случае неприменим. Необходим эксперимент, который бы «улучшал» этот мир (разумеется, в исследовательских целях). Особая экспериментальная ситуация позволила бы исследователю достичь единообразия в расположении наземных огней, условиях видимости и силе воздушного потока, а также устранить возможность использования высотомера, не подвергая пилота опасности. Именно такой эксперимент провели Крафт и Элворт. Это первый из трех экспериментов, которые мы опишем в настоящей главе. В каждом из них та реальная ситуация, на которую распространяются экспериментальные результаты, определенным образом «улучшается».

 

Такие эксперименты можно назвать искусственными. Они проводятся в том случае, когда простое воспроизведение реальной ситуации не позволяет сделать эксперимент внутренне валидным. Однако возникает вопрос: можно ли применять результаты такого эксперимента к реальности? Какие гарантии имелись у Крафта и Элворта, чтобы считать свои лабораторные наблюдения полностью соответствующими реальным событиям во время посадки самолета в аэропорту? Таким образом, на первый план выступает проблема внешней валидности. В первых экспериментах, обсуждаемых в нашей книге, она почти не затрагивалась, поскольку те эксперименты просто дублировали реальный мир. Теперь, когда для достижения высокой внутренней валидности эксперимента реальность нужно улучшить, оказывается под сомнением его внешняя валидность. В одном мы выигрываем, в другом — теряем.

Пока вы вряд ли имеете возможность проводить эксперименты, в которых улучшается реальный мир. Но, изучая их, вы познакомитесь с новыми проблемами, которые не возникают в экспериментах первого типа, и научитесь планировать искусственные эксперименты, обладающие внешней валидностью.

Вопросы, на которые вы должны суметь ответить, прочитав эту главу:

1. При каких обстоятельствах возникает необходимость в эксперименте, который улучшает, а не дублирует реальный мир?

2. Как можно повысить внутреннюю валидность, сделав выбор в пользу эксперимента, улучшающего реальный мир?

3. Каковы проблемы репрезентативности по отношению к внешней валидности?

4. В какой мере нужно воспроизводить реальность в искусственном эксперименте?

Эксперимент 1: НОЧНЫЕ ПОСАДКИ САМОЛЕТОВ ПОД ВИЗУАЛЬНЫМ КОНТРОЛЕМ

Экспериментальная гипотеза

Чтобы понять основания экспериментальной гипотезы, выдвинутой Крафтом и Элвортом, нам нужно разобраться, каким образом пилот заходит на посадку в ночных условиях, руководствуясь зрительным восприятием наземных огней.

Сама посадка состоит в следующем. Сначала пилот должен довольно круто снизиться, а затем продолжать снижаться постепенно, уменьшая угол приземления до тех пор, пока самолет не окажется летящим параллельно земле (над взлетно-посадочной полосой). Всего этого можно достичь в том случае, если самолет будет снижаться по окружности большого радиуса, т. е. находясь как бы на конце маятника, подвешенного высоко в небе. Именно такую посадочную траекторию вы видите на рис. 3.1. Изображенный ее отрезок начинается примерно за 10 миль до аэропорта (немногим более 50000 футов), когда самолет находится на высоте 5000 футов.

Каким же образом пилот может придерживаться этой траектории, пользуясь наличной визуальной информацией? Среди огней близлежащего города он выбирает и фиксирует взглядом пару световых точек, расположенных вдоль линии полета. Одна точка находится довольно близко, другая — далеко. В поле зрения пилота дальняя точка будет выше ближней. Чтобы убедиться в этом, переведите взгляд с предмета, лежащего у ваших ног, на какой-нибудь дальний предмет. Заметьте, что для этого вам придется немного приподнять голову. Если во время посадки летчик будет видеть, что расстояние между ближней и дальней световыми точками по вертикали примерно одно и то же, то самолет будет следовать по указанной траектории. Этот прием называют «зрительным полетом».

Все это можно изложить иначе. Пилот совершает посадку таким образом, что угол его зрения между двумя точками остается постоянным. Для определения этого угла нужно провести прямые линии от ближней и дальней точек до глаза летчика. Угол между двумя полученными отрезками и будет углом зрения. Если в поле зрения пилота расстояние между двумя точками по вертикали остается неизменным, то угол зрения тоже будет одним и тем же по всей траектории посадки.

В верхней части рис. 3.1, представляющей посадку над горизонтальной территорией, показано, что когда летчик летит по требуемой траектории, угол зрения действительно не изменяется. Небольшой угол, видимый из начального положения 1 и показанный в (а), — это тот же самый угол, что показан в (б), из положения 2, просто он несколько дальше по траектории. Из этих двух точек, так же как и из всех других точек траектории, расстояние между ближней и дальней световыми точками в поле зрения летчика будет выглядеть одинаковым.

Однако этот прием гарантирует нормальное приземление только в том случае, если выбранные световые точки расположены на горизонтальной поверхности. В нижней части рис. 3.1 изображена посадочная траектория, когда пилот ориентируется по наземным огням города, который расположен немного выше по сравнению с аэропортом. Угол зрения между ближней и дальней точками, показанный в (а) из положения 1 траектории, является здесь тем же самым, что и для посадки на горизонтальную территорию. Не изменяется он и в положении 2, как показано в (б). Однако это положение уже гораздо ближе к земле. Если летчик будет продолжать пользоваться приемом «зрительного полета», то самолет потерпит аварию, не достигнув аэропорта. Летчик окажется жертвой оптической иллюзии. Он всегда воспринимает оба наземных огня как лежащие на горизонтальной плоскости. Пунктирная линия в нижней части рис. 3.1—вот как представляет себе летчик ту территорию, над которой совершает, посадку. Легко убедиться, что она значительно ниже реального уровня земли.

На бумаге данная гипотеза выглядит довольно убедительно. Посмотрим теперь, каким образом Крафт и Элворт проверили ее на практике.

Рис. 3.1. Траектория посадки самолета под визуальным контролем. Ось абсцисс — расстояние до аэропорта (в футах) и поверхность города. Ось ординат — высота полета (в футах). А — ближняя световая точка, Б — дальняя световая точка. I. Траектория посадки по ближней и дальней световым точкам, расположенным на горизонтальной поверхности, (а) и (б). В обоих положениях траектории угол зрения остается одним и тем же. II. Траектория посадки по световым точкам, расположенным на наклонной территории, (а) и (б). В обоих положениях траектории угол зрения — один и тот же. Звездочкой отмечено место возможной аварии самолета, если он будет продолжать полет по указанной траектории

Эксперимент

Тренажер. Для проведения эксперимента Крафт и Элворт использовали специальное устройство — тренажер. Это устройство имитирует кабину самолета, оборудованную всем необходимым. В кабине расположены кресла для первого и второго пилотов, все ручки и рычаги для обычного управления самолетом, панель с набором шкал и индикаторов, а также — на ветровом стекле — вид города и аэропорта. Когда пилот «ведет» тренажер, изменения в предъявляемом ему зрительном обзоре точно такие же, какие он мог бы наблюдать в реальном полете. В принципе пилот может совершать посадку, пользуясь либо только зрительными наблюдениями за землей, либо только шкалами, либо тем и другим вместе. В обсуждаемом эксперименте пилоту предъявлялась визуальная информация, а шкала, показывающая высоту полета, высотомер, ему не давалась. На рис. (фото) 3.2 (а) показан экипаж, который управляет тренажером, наблюдая за наземными огнями. На рис. 3.2 (б) изображен вид сверху на аэропорт и город. В эксперименте это изображение было еще более реалистичным — множество цветных сверкающих огней. Как вы наверное догадались, устройство такого тренажера довольно сложно и включает в себя компьютер. В дополнение к уже описанным функциям тренажер позволяет осуществлять запись управляющих движений пилота, а также все изменения в показаниях шкальных приборов. В исследовательских целях проводилась также постоянная запись показаний высотомера, который от пилота был скрыт.

Методика

Задача. Пилоту нужно посадить самолет в «аэропорту», двигаясь по правильной траектории, в условиях, показанных на рис. 3.2. «Город» предъявляется ему либо как расположенный на одной плоскости, либо приподнятый по сравнению с аэропортом под углом 3°. (Это такой же подъем, какой был показан в нижней части рис. 3.1.) 5

Рис. 3.2 Тренажер (а) и наземные огни, предъявляемые пилотам на ветровом стекле (б) (К. Л. Крафт и Ч. Л. Элворт, 1969)

Конкретный способ выполнения этой задачи пилот выбирал сам, но должен был стараться лететь со скоростью 180 миль в час на высоте 5000 футов за 10 миль до аэропорта и со скоростью 120 миль в час—на высоте 1250 футов за 4,5 мили от него. (На рис. 3.1 эти положения траектории полета обозначены цифрами I и II.) Напоминаем, что пилот пользовался только зрительной информацией, предъявляемой через ветровое стекло; высотомера у него не было, и он не мог точно определить, как высоко находится над землей.

Помимо объективной регистрации «истинной» высоты полета эта высота периодически оценивалась самим пилотом. Оценки записывались на магнитофон. Чтобы приблизить ситуацию эксперимента к условиям реального полета, пилота просили также определять местоположение еще одного самолета, находящегося в поле его зрения, и периодически сообщать о нем «на землю».

Рис. 3.3. Средние траектории полета при посадке по данным 12 пилотов на тренажере. Ось абсцисс — расстояние до места посадки (в милях). Ось ординат — высота «полета» (в тысячах футов). Сплошная линия — горизонтальная территория, пунктирная — наклонная территория. Верхние границы вертикальных столбиков соответствуют средним субъективным оценкам высоты полета. Числами отмечены величины угла зрения пилота между ближней и дальней световыми точками; справа — высота полета и угол зрения в конечных точках траекторий

Процедура. С каждым участником эксперимента было проведено десять проб. Помимо основной независимой переменной в различных пробах изменялись некоторые другие факторы: расположение наземных огней, степень освещения, начальная высота полета, его общая, протяженность.

Результаты

На рис. 3.3 изображены средние траектории посадки по данным 12 пилотов, принявших участие в эксперименте. Для более ясного представления полученных различий шкала высоты несколько расширена. Легко убедиться в том, что траектории посадки на горизонтальную поверхность во многом напоминают предсказанную на рис. 3.1 (верхняя часть), когда пилот пользуется приемом «зрительного полета» по двум подходящим световым точкам. Если поверхность поднимается (от аэропорта к городу) на 3°, траектория движения самолета также подобна предсказанной на рис. 3.1 (нижняя часть). Правда, она не такая крутая, и самолет не «разбивается». На рис. 3.3 приведены субъективные оценки высоты полета. Можно видеть, что даже при посадке на горизонтальную поверхность наблюдается тенденция переоценивать высоту. Пилоту кажется, что самолет летит выше, чем на самом деле. Если город расположен выше аэродрома, это преувеличение становится очень существенным. Заметьте, что за 10 миль до аэропорта пилотам кажется, что они находятся на высоте почти 4000 футов, хотя фактически эта высота составляет менее 2000 футов!

Обсуждение и выводы. Общее предположение подтвердилось: расположен ли город на одном уровне с аэропортом или немного выше, летчик совершает посадку примерно по одной и той же траектории. Подобно другим оптическим иллюзиям, описанный эффект нельзя устранить даже с помощью специальных инструкций. «Пилоты практически всегда воспринимают наземные огни города и аэропорта как лежащие на горизонтальной поверхности, хотя реально они могут находиться на разных уровнях» (с. 4). Поскольку данную иллюзию нельзя преодолеть, летчику не стоит полагаться на «зрительный полет», а нужно следить за показаниями высотомера.