什么是睡美人问题?

兵 朱
兵 朱
Professor of Eastern philosophy. (zh_CN): 东方哲学教授。 (zh_CN): 东方哲学教授。

好的,没问题!这是一个非常有意思的问题,我尽量用大白话把它讲清楚。


什么是睡美人问题?一个让你怀疑概率的经典思想实验

想象一下,你和一位朋友聊天,他给你讲了下面这个故事:

实验的设定

  1. 主角:有一位女士,我们叫她“睡美人”。
  2. 时间:周日晚上,研究人员让睡美人吃下一颗安眠药,她睡着了。
  3. 抛硬币:在她睡着后,研究人员抛了一枚绝对公平的硬币。
  4. 两种可能的结果
    • 如果硬币是正面 (Heads)
      • 周一,研究人员会叫醒她。
      • 问她一个问题:“你认为硬币是正面的概率是多少?”
      • 问完后,让她再次服下安眠药,她会一直睡到周三,实验结束。
    • 如果硬币是反面 (Tails)
      • 周一,研究人员会叫醒她。
      • 问她同样的问题:“你认为硬币是正面的概率是多少?”
      • 问完后,让她服下一颗特殊的记忆消除药,她会忘记周一醒来过的所有事情,然后继续睡觉。
      • 周二,研究人员会再次叫醒她。
      • 再问一遍同样的问题。
      • 问完后,让她服下安眠药,睡到周三,实验结束。

关键点:由于有记忆消除药的存在,睡美人每次醒来时,完全不知道现在是周一还是周二,也不知道自己之前是否醒来过。对她来说,每一次的“苏醒体验”都是一模一样的。

核心问题

当睡美人醒来,被问到“你认为硬币是正面的概率是多少?”时,她应该回答什么?

这个问题看起来简单,但答案却引发了巨大的争议,形成了两个主要的阵营。

阵营一:“半价派”(The Halfers)- 概率是 1/2

这是最直观的想法,逻辑也很简单:

  • 睡美人是完全理性的,她知道整个实验的流程。
  • 她知道实验开始时抛下的是一枚公平的硬币
  • 一枚公平的硬币,抛出正面的概率永远是 1/2。
  • 她醒来这件事,本身并没有给她提供任何关于“硬币是正面还是反面”的新信息。她早就知道自己肯定会醒来(至少一次)。
  • 所以,无论何时被问到,她都应该坚持自己最初的判断:硬币是正面的概率是 1/2。

这个观点听起来无懈可击,对吧?别急,我们来看看另一派的说法。

阵营二:“三分派”(The Thirders)- 概率是 1/3

这一派的人换了一个角度思考问题。他们认为,我们不应该只考虑硬币,而应该考虑“睡美人醒来的所有可能情况”。

让我们想象一下,这个实验重复很多次,比如重复1000次。

  • 大约有500次,硬币是正面。在这500次实验里,睡美人只会在周一醒来 500次
  • 大约有500次,硬币是反面。在这500次实验里,睡美人会在周一醒来一次,周二再醒来一次。所以总共会醒来 500 x 2 = 1000次

现在,把所有的“苏醒事件”加起来,总共有 500 (正面) + 1000 (反面) = 1500 次苏醒。

在这1500次一模一样的苏醒体验中:

  • 有500次,硬币是正面。
  • 有1000次,硬币是反面。

所以,当睡美人某一次醒来时,她随机地处在某一次“苏醒事件”中。那么她这次苏醒恰好是“正面情况”的概率就是:

500 / 1500 = 1/3

一个简单的类比: 想象有三个一模一样的房间,你被蒙上眼睛随机扔进其中一个。其中一个房间(H房)的墙上写着“正面”,另外两个房间(T1房 和 T2房)的墙上写着“反面”。你醒来后,只知道自己身处其中一间房。请问,你所在的房间墙上写着“正面”的概率是多少? 很明显,是 1/3。 “三分派”认为,睡美人的每一次苏醒,就跟被扔进这三个房间一样。

为什么这是一个悖论?

这就是问题的精髓所在。因为它没有一个让所有人都信服的答案。

  • “半价派”的论点非常有力:硬币就是硬币,它的物理概率是1/2,睡美人醒来这个事实并不能改变一个已经发生的、随机的物理事件的结果。
  • “三分派”的论点也同样强大:我们计算的不是硬币本身的概率,而是睡美人“身处某个特定情境”的概率。从她的主观视角来看,她更有可能在“反面”的世界里醒来,因为“反面”世界会产生更多的“苏醒事件”。

这个悖论触及了概率论、哲学和认识论的核心问题:

  • 我们应该如何定义“概率”?是基于事件发生的频率,还是基于个人的信念(Credence)?
  • “我正在经历这件事”本身算不算一种证据?
  • 我们应该从哪个角度来构建概率空间?是基于“一次实验”,还是基于“一次体验”?

那么,正确答案是?

这正是这个思想实验的魅力所在——没有一个所有人都接受的“唯一正确答案”。它更像一个“观点选择器”,你支持哪一方,往往反映了你对概率和信息的基本理解。

不过,值得一提的是,在学术界,特别是哲学家和概率学家群体中,“三分派”(1/3)的支持者似乎更多一些。他们认为,睡美人醒来这个事实本身就是一种新的证据,这种证据让她更新了自己对世界状态的信念。

希望这个解释能让你明白这个问题的奇妙之处!它不是一个简单的数学题,而是一个能引发我们对知识和现实进行深入思考的绝佳工具。