查尔斯·桑德斯·皮尔斯（1839–1914），1891 年摄。图：Napoleon Sarony，原件藏纽约公共图书馆，来源 Wikimedia Commons，许可：公有领域。
1884 年 10 月，皮尔斯和学生贾斯特罗向美国国家科学院报告了一组重量感知实验：主试按洗过的扑克牌颜色决定压力“先加后减”还是“先减后加”，被试隔着屏风作判断。即使被试自认毫无把握，判断仍明显好于瞎猜。这项实验常被视为最早采用明确随机化方案的实验之一，但它随机化的是试次顺序，而不是分组。
差别阈限之争与实验装置
19 世纪中叶起，费希纳（G. T. Fechner）的心理物理学假定存在“差别阈限”（Unterschiedsschwelle）：两个刺激的差别小于某个比例时，人就无法分辨。皮尔斯长期在美国海岸测量局研究观测误差，他认为比较两种感觉时的误差来自神经传导途中大量微小的偶然干扰，应当服从误差曲线（正态分布），这样就不存在阈限。两种看法给出不同的可检验预测：如果阈限存在，差别低于阈限时，判断对错在长期中应各占一半；如果误差理论成立，差别再小，答对的比例也应高于一半，而且这个比例可以按误差理论预先算出。
据 Hacking 考证，实验在 1883 年 12 月 10 日至 1884 年 4 月 7 日之间进行。贾斯特罗当时是皮尔斯在约翰斯·霍普金斯大学的学生，他在 1914 年回忆说，问题、仪器、方法和得出结果的方式都由皮尔斯提供，仪器搭在他自己的房间里。两人都当被试，每次约两小时的实验中各做 150 次判断。
装置由一台 Fairbanks 邮政秤改造而成：秤杆一端装着包了橡胶帽的小方块，从下方顶住被试左手的一根手指；秤盘上放 1 千克砝码时，手指承受约相当于其重量四分之一的压力。另有一个装“差别砝码”的小盘，用细橡皮筋放上或提起，增减压力而不发出声响或震动。差别砝码相对 1 千克为千分之 60、30、15，贾斯特罗后期又改用千分之 20、10、5。每个试次中，被试要判断压力是“先增后减”还是“先减后增”，不允许回答“分不出”，同时用 0 到 3 报告信心：0 表示完全没有倾向，3 表示对这类感觉所能有的最强把握。
扑克牌排序与屏风遮挡
每个试次的顺序由扑克牌决定。每组 25 个试次用一副 25 张的牌，红 12 张、黑 13 张，或者反过来，这样同一个差别砝码在一次实验的 50 个试次中，红黑恰好各 25 张。每组开始前先把牌洗匀，主试按依次翻出的颜色决定这一次先加后减还是先减后加。被试作答后，主试按答对或答错把这张牌正面朝下或朝上放好，并按信心等级把牌角上 0 到 3 个打孔朝固定方向摆放。这样不用另写记录，也不拖慢节奏，一组做完再统一登记。
Fairbanks 公司生产的邮政秤，史密森尼国家邮政博物馆藏（制造年代未核实）。皮尔斯与贾斯特罗改装的是同一品牌的邮政秤，此图仅作参照，并非实验所用的那台。图：Smithsonian National Postal Museum，许可：CC0 1.0。
论文给出的理由是，这样可以避免被试对主试“可能会选哪种变化”作任何心理上的猜测。作者也写到随机序列的副作用：偶然出现的长串同类变化会让被试困惑，但他们认为，如果设法排除长串、而被试又知道这一点，造成的干扰会更大。Hacking 指出，长串问题在后来费希尔推广随机化时一直有争议；而皮尔斯用两副红黑张数相反的小牌组，实际上已经限制了一次实验中红黑数量的失衡。
遮挡方面，一块屏风挡住了主试的一切动作，论文称他们对“无意中接收到的提示”有充分防范。需要说明的是，这只是被试一方的盲法：主试看得到牌色，清楚每次该怎么加减，并不处于盲态。随机化的作用是把“选哪种顺序”从主试手里拿走，使他即使有意无意地形成某种节奏，也无法影响刺激序列。Hacking 对这项实验的概括正是：把重量呈现给看不到操作的被试，并用随机化来防范下意识的暗示。
低信心判断的正确率
论文把每组错误次数与按误差理论算出的预期值作比较，结论是，在能方便追踪的范围内，错误次数都符合概率曲线，因此“摧毁了支持差别阈限的一切推定”。更直观的是原文脚注 4 中的信心记录：
| 被试与差别砝码 | 试次数 | 总错误率 | 信心记为 0 的占比 | 信心为 0 时的错误率 |
|---|---|---|---|---|
| 皮尔斯，千分之 15/30/60 | 1,125 | 29% | 63% | 38% |
| 贾斯特罗，千分之 15/30/60 | 1,975 | 23% | 57% | 30% |
| 贾斯特罗，千分之 5/10/20 | 1,675 | 32% | 93% | 34% |
最后一行最能说明问题：差别砝码只有千分之 5 到 20 时，贾斯特罗九成以上的判断都标为“毫无倾向”，但这些判断仍有约三分之二是对的。作者据此认为，信心反映的是对两种感觉之间差别的“次级感觉”，它同样没有阈限，只是常被被试忽略，以至于答对率达到五分之三时信心仍被记为 0。他们还发现平均信心大致符合 m = c log(p/(1−p))，其中 p 是答对的概率。据 Hacking 引述，Stigler 认为这可能是最早用实验引出主观概率的尝试。
论文最后一段把结论推得更远：人们可能借助自己意识不到的微弱感觉了解他人的心思，“女性的洞察力”和某些“心灵感应”现象或许可以这样解释。这一段是作者的推测，实验本身并没有检验它。
与费希尔随机化的关系和局限
称它为“最早的随机化实验之一”，主要依据科学史研究。据 Hacking 引述，Stigler 1978 年写道，这是他所知第一项按“精确、数学上可靠的随机化方案”进行的实验。Hacking 把它的设计概括为三项创新：有意的随机化、不允许被试回答“分不出”、0 到 3 的信心评分。作为对照，费希纳此前的举重实验由他本人当被试，而且事先知道哪个盒子更重。Hacking 同时提到，法国生理学家里歇（Charles Richet）差不多同时在心灵感应测试中独立使用了随机抽牌，所以“最早”应理解为已知最早的一批。
这种做法并没有一路传到费希尔。Hacking 发现，此后的心理物理学文献几乎不再提随机化：Fullerton 和 Cattell 1892 年的研究只说试次按“不规则的顺序”进行，贾斯特罗后来系统介绍这套方法时也没有提随机化，围绕皮尔斯方法的争论集中在“不许回答分不出”上。费希尔 1926 年在《田间试验的布置》中首次公开主张随机化的核心地位，1935 年的《实验设计》使它成为教科书内容。他的理由属于自己的统计推断体系：随机化让误差估计和显著性检验有客观依据，并能提高试验效率。Hacking 明确表示，不认为早期心灵研究对费希尔有重要“影响”，只指出《实验设计》中“女士品茶”对偶然长串的顾虑，皮尔斯当年已经提过。
用现代设计的标准看，这项实验有几处局限。第一，它随机化的是同一被试内部的试次顺序，没有把被试随机分为处理组和对照组。Dehue 1997 认为，随机分组设计是 20 世纪 20 年代在教育心理学中逐步形成的，似乎是 McCall 最早提出随机组成小组。第二，被试只有两人，而且就是作者本人，主试也不处于盲态。第三，均衡牌组本身留下了线索：论文脚注承认，贾斯特罗后两个阶段的观察误差小得反常，部分原因是他不自觉地记住了一组里两种变化各出现过几次，并据此作答。第四，练习效应使贾斯特罗的误差持续下降，作者只能把他的数据分成四个阶段分别比较；1883 年 12 月和 1884 年 1 月的早期实验，操作也尚未完善。最后，论文对数据分析写得不如收集过程详细，推断主要靠把错误次数与误差曲线的理论值比较，随机化在推断中的作用并没有像费希尔那样得到明确论证。