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/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / math / 15084 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-17  |  3.3 KB

  1. Xref: sparky sci.math:15084 sci.physics:19015
  2. Path: sparky!uunet!charon.amdahl.com!pacbell.com!ames!sun-barr!cs.utexas.edu!asuvax!chnews!sedona!bhoughto
  3. From: bhoughto@sedona.intel.com (Blair P. Houghton)
  4. Newsgroups: sci.math,sci.physics
  5. Subject: Re: Three-sided coin
  6. Date: 16 Nov 1992 22:02:20 GMT
  7. Organization: Intel Corp., Chandler, Arizona
  8. Lines: 64
  9. Message-ID: <1e95pcINNdqs@chnews.intel.com>
  10. References: <1992Nov11.061630.22658@galois.mit.edu> <1992Nov12.134320.23239@newstand.syr.edu> <jim.721702281@st-michael>
  11. NNTP-Posting-Host: alfalfa.intel.com
  12. Summary: probability is distributed according to entropy, not energy
  13.  
  14. In article <jim.721702281@st-michael> jim@cs.UAlberta.CA (Jim Easton) writes:
  15. >Given that it is possible to bounce from one state to another it
  16. >is more probable to bounce out of a high energy state to a lower
  17. >energy state than it is the reverse.  I claim that the lowest energy
  18. >state is the most probable and therefore conclude that the three states
  19. >should be equal in energy.
  20.  
  21. This is fallacious.
  22.  
  23. Imagine a three-sided "coin" made by bending a very thin
  24. sheet (of something very low-density like titanium) in the
  25. middle at about a 170-degree angle, then adding a thick
  26. bead of gold or lead inside the crease.  The low-energy
  27. states of this object are the two states that occur when
  28. the coin lands with the convex side down (resting flat on
  29. one leaf or the other).  The high-energy state occurs when
  30. the coin lands with the concave side down (like a tent).
  31.  
  32. The concave and convex sides have nearly the same
  33. probabilities, but there are two states on the convex side,
  34. which splits the probability there; say it's something like
  35. 30, 30, 40 for convex/A, convex/B, and concave, respectively.
  36.  
  37. This is a direct contradiction of the idea that "the lowest
  38. energy state is the most probable."
  39.  
  40. It's even worse if you make low pyramids with heavy apices
  41. (say a styrofoam body but a unnilquadium capstone, in a
  42. vacuum, to eliminate aerodynamics).
  43.  
  44. Like 11, 11, 11, 11, 11, 45 for a pentagonal pyramid, for
  45. instance.
  46.  
  47. The key isn't energy; it's entropy.  The pointy end gets a
  48. larger total of the probability (55%) because it has a
  49. higher entropy because it has a lower energy (this is what
  50. causes the confusion; the low-energy idea works perfectly
  51. for two-state systems).  But the entropies of all of the
  52. five faces of the pentagonal pyramid are equal, just as
  53. their energies are all equal, so the probability for the
  54. pointy end has to be shared among them (11% each).
  55.  
  56. Conversely, landing on the base has a lower probability
  57. (45%) than landing on the point because it has a lower
  58. entropy because it has a higher energy, but it doesn't have
  59. to share the entropy, so it keeps all of the probability.
  60.  
  61. To solve the fat-cylinder problem (height H, radius R),
  62. therefore, one considers the faces as similar, then one has
  63. a two-state problem, choosing between a face-landing and an
  64. edge-landing.  Set the probability (entropy) of a
  65. face-landing to 2/3 and an edge landing to 1/3; thus the
  66. energy of the edge-landing is (1 - 1/3)E = 2/3 E and that
  67. of a face-landing is (1 - 2/3)E = 1/3 E.  The edge-landing
  68. therefore has twice the energy of a face-landing.
  69.  
  70. Since the energy is simply mgh, and m and g are constants,
  71. it follows that the h for an edge-landing is twice the h
  72. for a face-landing, so R=H.
  73.  
  74.                 --Blair
  75.                   "If you catch an edge you
  76.                    will land on your face."
  77.                    -the Bunny-slope paradox
  78.