科学家推翻硬币抛掷 50-50 的错觉

研究人员不遗余力地证明硬币抛掷中存在微小偏差

Illustration of a hand flipping a coin.

托马斯·福克斯

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硬币抛掷”这个短语是随机性的经典同义词。但至少从 18 世纪开始,数学家就怀疑,即使是公平的硬币,也倾向于一面朝上的次数略多于另一面。然而,要证明这种微小的偏差,需要记录数十万次精心记录的抛掷硬币,这使得实验室测试成为后勤上的噩梦。

阿姆斯特丹大学心理学研究方法博士候选人 František Bartoš 在四年前对这一挑战产生了兴趣。起初他找不到足够的志愿者来调查。“没有人傻到会花几个周末抛硬币,”他说。但在他开始攻读博士学位后,他再次尝试,从六个国家招募了 47 名志愿者(其中许多是朋友和同学)。经过多个周末的抛硬币,包括一次 12 小时的马拉松式会议,该团队进行了 350,757 次抛掷,打破了之前 40,000 次的记录。

根据 arXiv.org 上发布的预印本研究中的发现,抛掷的硬币有 50.8% 的时间落地时正面朝上,与抛掷前相同。大量的抛掷次数使统计学家可以得出结论,近 1% 的偏差并非偶然。“在这个数据集之后,我们可以非常肯定硬币抛掷存在偏差,”Bartoš 说。


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解释这种细微优势的主要理论来自斯坦福大学统计学家 Persi Diaconis 及其同事在 2007 年物理学研究中的计算,他们的计算预测同侧偏差为 51%。从硬币被抛向空中的那一刻起,它的整个轨迹——包括它是正面朝上还是反面朝上——都可以通过力学定律来计算。研究人员确定,空中的硬币不会绕其对称轴旋转;相反,它们倾向于偏离中心摆动,这导致它们在空中停留的时间稍长,初始“向上”的一面朝上。

明尼苏达州圣托马斯大学的统计学家 Amelia McNamara 说,对于日常决策,硬币抛掷与随机性一样好,因为仅抛掷几次硬币,1% 的偏差是难以察觉的。她没有参与这项新研究。尽管如此,该研究的结论应该消除对硬币抛掷微小偏差的任何挥之不去的疑虑。“这是支持这一点的有力经验证据,”她说。

防止这种偏差影响您的抛硬币比赛并不困难;只需在抛掷前隐藏硬币的起始位置即可。或者,您可以完全不用抛掷,而是在弯曲的手掌之间晃动硬币。但是,如果您的朋友没有意识到这种微小的偏差,您不妨从您的轻微优势中获益。毕竟,51% 的赔率击败了赌场六副牌二十一点的庄家优势。“如果你让我赌硬币,”Bartoš 说,“我为什么不给自己 1% 的偏差呢?”

Shi En Kim 是一位常驻华盛顿特区的科学作家。她的作品曾发表在《化学与工程新闻》、《国家地理》、《Hakai Magazine》、《Slate》、《科学新闻》等刊物上。在 Twitter 上关注她 @goes_by_kim

更多作者:Shi En Kim
大众科学杂志第 330 卷第 1 期本文最初以“正面还是反面?”为标题发表于《大众科学杂志》 第 330 卷第 1 期(),第 12 页
doi:10.1038/scientificamerican0124-12
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