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二枚の向かい合った鏡の間に置いた場合、どう見えるでしょう？ん、迷宮への入り口です
これ，結構的を射た質問です．
透明な物体の透過率がどちらから見ても同じというのは，エネルギー保存則からの要請ですから．
見かけ上，エネルギー保存則が破れているように見えるのではないかと予想します．
> 透明な物体の透過率がどちらから見ても同じというのは，> エネルギー保存則からの要請ですから．
これの理屈を教えていただけると嬉しいです。
光が一方からは透明なためそのまま透過し、別の方向からは吸収されて熱エネルギーに変わったとしてもエネルギーは保存されていると思うのですが。
# エントロピー増大則？
100%理想的に完全な鏡の箱の中に光が満たされたとして、そのしきり板として完全な一方向透過性膜（片方からは完全に透明、もう片方からは完全に(乱)反射）を置いた場合には、まるで仕切られた片方の箱の中に光が集まるかのように思えます。この場合、エネルギー保存則は破れてしまう恐れがあります。
しかしながら一方向透過性膜が反射板としては働かず、少しでもエネルギーを吸収してしまうと黒体放射を始めてしまうのでこれまで暗かったほうにもエネルギーが分配され始めて、結局のところは平衡するのではないでしょうか。
エネルギー保存則は最初から関係ない。タレコミのリンク先に「吸収効果」と書いてあるからエントロピー増大則にも矛盾しない。
>この場合、エネルギー保存則は破れてしまう恐れがあります。
エネルギー保存則（熱力学第一法則）は破れません。それで破れるとしたら第二法則の方です。
例えば、光子で満たされた仮想敵な箱(上下左右6面が全て鏡)があったとして、その箱の真ん中にこの板状の物質を仕切りとして挿入すると、光が一方通行なんだから片方の側だけに集まることになる。この集まった状態で光子の数(密度)が前の状態より高かったら、そりゃ水を氷と熱湯に分離するような話で大問題になるな。マクスウェルの悪魔ってやつだ。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%... [wikipedia.org]
我々が認識できる時の流れはエントロピーが増える方向だけなんだから、氷と熱湯を混ぜて水になるのは当たり前だけど、逆が出来たら何かがおかしい。ただし、現代的なエアコンのヒートポンプはまさに内気を温めるために外気より冷たい空気を外に捨てているわけだけど、これは外力(つまり電気)で熱力学機関を作っているから許されているわけで、つまり、発電所まで全部含めて考えるとエントロピーが増えている。今回の場合も、その強い磁場が外力なしで維持できないなら、パラドックスはないと思う。逆に言うと、そういう無理やり維持するような仕組みが必要だから自然界には存在していなくて違和感を醸し出しているんだと思うよ。そりゃ、自然界には冷蔵庫はない。
装置全体としてみれば冷蔵庫は外部から電力を受け取って、熱を放出する装置だから普通に自然界にも似たようなのはあるんじゃね？
この物質、片方から100%透明でもう片方から100%反射するなら、なんかすごいことになりそうだけど、吸収しちゃうんじゃ、右から左に透明で通り抜ける光子がある分、左から右に行こうとして吸収されてしまう光子もあったりして、結果両方の部屋から光子がどんどん減っていって、最後仕切がちょっと熱くなるだけで終わりにならないかな？
それがそうでもないですよ。透過面側から見たときだけ黒体なんですからね。
例えば、この物質で箱を作って中からの光だけが透過し、外からの光は吸収するとします。つまり、外からは箱の中(の光)が見えるけど、中には外からの光が入らないから真っ暗な状態です。すると、箱の中に高温の物体を入れた時、箱の中からは赤外放射によって赤外線が出ますが、その赤外線は箱の外に出るのに対し、箱の外の物体が高温でも箱の中には赤外線が入りません。つまり、箱の中ではいついかなる状況でも放射冷却が限界まで常に起き続けることになるので、この箱に水を入れると外気温に関わらず氷になります。箱自体の温度が気になるなら箱の内側を透明な断熱材(ガラスと真空)でコーティングしておけばいいだけです。
となれば、やはりマクスウェルの悪魔的な箱ですよ。だから「強力な磁場(磁場を6面全て別方向に掛けるのは凄く難しい)」と「極度の低温(箱が熱を帯びれば無意味)」は、かなり面白い条件で、自然は上手くできていると思いました。
なるほど、常温で定常磁界でそういう物質あったら、永久機関できちゃうか…？箱がだんだん吸収熱で熱くなって、内側にも放射が始まるような…真空でも伝わっちゃうか？それは鏡で反射すれば…とすると、鏡は内側からの光を妨げてはいけないから…わからなくなってきたぞ？磁界作るとき外からエネルギー注入しつづけなきゃいけないはずなのか？
特定の光の方向や波長を、黒体輻射によって乱雑なものに変えてしまうとか、エントロピー的なところで辻褄あわせている気がしますが、少なくとも実用的には第二種的な使い方ができそうですね。
不透明側からの赤外光はこの板に吸収され、より波長が長くなって反対側に抜けて行くだけでは？
東大の発表も全波長の通過を遮断する可能性については一切触れていないし。
片側からの透過率が50%（理論上最大），逆方向からの透過率が0%という光学素子は常温常圧無磁場でも存在するので（光アイソレータ，ある種の光通信機器には入ってる）多分永久機関にはならないんだとは思いますけど。
で，普通の光アイソレーターは光学活性による旋光性という現象を使って光を分離します。電磁波で方向によって違う透過率を生むには多分それしかないはずで，今回の材料がどういう原理なのか（磁場印加してるから，光学活性に関連した現象だというのは多分間違いなさそうなんですが）は興味があります。
> 透明な断熱材(ガラスと真空)でコーティングしておけばいいだけです。
透明な断熱材なんてものの存在を仮定しておいて「だけ」ってあんた…。透明(赤外線を通す)なのに断熱って時点で完全に矛盾してる。
おそらく伝導熱を遮断するという意味でしょう赤外線は透過しないと話は成り立ちません
マジックミラーをご存じない？
マジックミラーは対称だぞ。暗い方から明るい方が見易いだけだ。
光を吸収してるだけです
鏡->透過→鏡→吸収、で終わりでは? 3DCGで簡単に再現できるはず。
おっと、簡単ではないですね。カメラから単方向パストレーシングではダメで、ライトトレーシングが必要ですね。
# BlenderのCyclesで、#2940936 のケースの光が集まる方の箱の中を見ようとして、ダメなのに気づきました。
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長期的な見通しやビジョンはあえて持たないようにしてる -- Linus Torvalds
クイズ (スコア:5, 興味深い)
二枚の向かい合った鏡の間に置いた場合、どう見えるでしょう？
ん、迷宮への入り口です
Re:クイズ (スコア:3)
これ，結構的を射た質問です．
透明な物体の透過率がどちらから見ても同じというのは，
エネルギー保存則からの要請ですから．
見かけ上，エネルギー保存則が破れているように見える
のではないかと予想します．
Re:クイズ (スコア:3)
> 透明な物体の透過率がどちらから見ても同じというのは，
> エネルギー保存則からの要請ですから．
これの理屈を教えていただけると嬉しいです。
光が一方からは透明なためそのまま透過し、別の方向からは吸収されて熱エネルギーに変わったとしてもエネルギーは保存されていると思うのですが。
# エントロピー増大則？
Re: (スコア:0)
100%理想的に完全な鏡の箱の中に光が満たされたとして、そのしきり板として完全な一方向透過性膜（片方からは完全に透明、もう片方からは完全に(乱)反射）を置いた場合には、まるで仕切られた片方の箱の中に光が集まるかのように思えます。この場合、エネルギー保存則は破れてしまう恐れがあります。
しかしながら一方向透過性膜が反射板としては働かず、少しでもエネルギーを吸収してしまうと黒体放射を始めてしまうのでこれまで暗かったほうにもエネルギーが分配され始めて、結局のところは平衡するのではないでしょうか。
Re:クイズ (スコア:2)
エネルギー保存則は最初から関係ない。
タレコミのリンク先に「吸収効果」と書いてあるからエントロピー増大則にも矛盾しない。
the.ACount
Re:クイズ (スコア:1)
>この場合、エネルギー保存則は破れてしまう恐れがあります。
エネルギー保存則（熱力学第一法則）は破れません。
それで破れるとしたら第二法則の方です。
Re:クイズ (スコア:3, 興味深い)
例えば、光子で満たされた仮想敵な箱(上下左右6面が全て鏡)があったとして、その箱の真ん中にこの板状の物質を仕切りとして挿入すると、光が一方通行なんだから片方の側だけに集まることになる。この集まった状態で光子の数(密度)が前の状態より高かったら、そりゃ水を氷と熱湯に分離するような話で大問題になるな。マクスウェルの悪魔ってやつだ。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%... [wikipedia.org]
我々が認識できる時の流れはエントロピーが増える方向だけなんだから、氷と熱湯を混ぜて水になるのは当たり前だけど、逆が出来たら何かがおかしい。ただし、現代的なエアコンのヒートポンプはまさに内気を温めるために外気より冷たい空気を外に捨てているわけだけど、これは外力(つまり電気)で熱力学機関を作っているから許されているわけで、つまり、発電所まで全部含めて考えるとエントロピーが増えている。今回の場合も、その強い磁場が外力なしで維持できないなら、パラドックスはないと思う。逆に言うと、そういう無理やり維持するような仕組みが必要だから自然界には存在していなくて違和感を醸し出しているんだと思うよ。そりゃ、自然界には冷蔵庫はない。
Re:クイズ (スコア:1)
装置全体としてみれば冷蔵庫は外部から電力を受け取って、熱を放出する装置だから普通に自然界にも似たようなのはあるんじゃね？
Re: (スコア:0)
この物質、片方から100%透明でもう片方から100%反射するなら、なんかすごいことになりそうだけど、吸収しちゃうんじゃ、右から左に透明で通り抜ける光子がある分、左から右に行こうとして吸収されてしまう光子もあったりして、結果両方の部屋から光子がどんどん減っていって、最後仕切がちょっと熱くなるだけで終わりにならないかな？
Re: (スコア:0)
それがそうでもないですよ。透過面側から見たときだけ黒体なんですからね。
例えば、この物質で箱を作って中からの光だけが透過し、外からの光は吸収するとします。つまり、外からは箱の中(の光)が見えるけど、中には外からの光が入らないから真っ暗な状態です。すると、箱の中に高温の物体を入れた時、箱の中からは赤外放射によって赤外線が出ますが、その赤外線は箱の外に出るのに対し、箱の外の物体が高温でも箱の中には赤外線が入りません。つまり、箱の中ではいついかなる状況でも放射冷却が限界まで常に起き続けることになるので、この箱に水を入れると外気温に関わらず氷になります。箱自体の温度が気になるなら箱の内側を透明な断熱材(ガラスと真空)でコーティングしておけばいいだけです。
となれば、やはりマクスウェルの悪魔的な箱ですよ。だから「強力な磁場(磁場を6面全て別方向に掛けるのは凄く難しい)」と「極度の低温(箱が熱を帯びれば無意味)」は、かなり面白い条件で、自然は上手くできていると思いました。
Re: (スコア:0)
なるほど、常温で定常磁界でそういう物質あったら、永久機関できちゃうか…？箱がだんだん吸収熱で熱くなって、内側にも放射が始まるような…真空でも伝わっちゃうか？それは鏡で反射すれば…とすると、鏡は内側からの光を妨げてはいけないから…わからなくなってきたぞ？磁界作るとき外からエネルギー注入しつづけなきゃいけないはずなのか？
Re: (スコア:0)
特定の光の方向や波長を、黒体輻射によって乱雑なものに変えてしまうとか、エントロピー的なところで辻褄あわせている気がしますが、少なくとも実用的には第二種的な使い方ができそうですね。
Re: (スコア:0)
不透明側からの赤外光はこの板に吸収され、より波長が長くなって反対側に抜けて行くだけでは？
東大の発表も全波長の通過を遮断する可能性については一切触れていないし。
Re:クイズ (スコア:1)
片側からの透過率が50%（理論上最大），逆方向からの透過率が0%という光学素子は常温常圧無磁場でも存在するので（光アイソレータ，ある種の光通信機器には入ってる）多分永久機関にはならないんだとは思いますけど。
で，普通の光アイソレーターは光学活性による旋光性という現象を使って光を分離します。電磁波で方向によって違う透過率を生むには多分それしかないはずで，今回の材料がどういう原理なのか（磁場印加してるから，光学活性に関連した現象だというのは多分間違いなさそうなんですが）は興味があります。
Re: (スコア:0)
> 透明な断熱材(ガラスと真空)でコーティングしておけばいいだけです。
透明な断熱材なんてものの存在を仮定しておいて「だけ」ってあんた…。透明(赤外線を通す)なのに断熱って時点で完全に矛盾してる。
Re: (スコア:0)
おそらく伝導熱を遮断するという意味でしょう
赤外線は透過しないと話は成り立ちません
Re: (スコア:0)
マジックミラーをご存じない？
Re:クイズ (スコア:1)
マジックミラーは対称だぞ。暗い方から明るい方が見易いだけだ。
the.ACount
Re: (スコア:0)
光を吸収してるだけです
Re: (スコア:0)
鏡->透過→鏡→吸収、で終わりでは? 3DCGで簡単に再現できるはず。
Re: (スコア:0)
おっと、簡単ではないですね。カメラから単方向パストレーシングではダメで、ライトトレーシングが必要ですね。
# BlenderのCyclesで、#2940936 のケースの光が集まる方の箱の中を見ようとして、ダメなのに気づきました。