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サイエンス

東京大学の研究者ら、「一方向透明現象」を発見 40

ストーリー by hylom
見えるのに見えない 部門より

東京大学の研究者らが、「一方向透明現象」なる現象を発見したそうだ。

この現象は、「メタホウ酸銅」という物質が、ある方向に進む赤外光に対しては透明なのに対し、逆方向に進む同じ波長の光に対しては不透明であるというもの。つまりこの物質は、片側から見たら透明なのに対し、その逆側から見ると不透明ということになる(東大の発表)。

以前から光の方向によってその透過率に差があるという現象は確認されていたが、この差が無限大になると「一方向透明現象」が起こるという。ただ、この現象が確認されたのは摂氏マイナス269度、53テスラ磁場という低温強磁場下であり、現時点ではそのままの応用は難しいという。

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  • クイズ (スコア:5, 興味深い)

    by Anonymous Coward on 2015年12月26日 8時11分 (#2940884)

    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

    • by rhodamine (32563) on 2015年12月26日 8時44分 (#2940899)

      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.

      親コメント
      • by ogino (1668) on 2015年12月26日 10時40分 (#2940939) 日記

        > 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?

        親コメント
      • by Anonymous Coward

        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。

        • by the.ACount (31144) on 2015年12月26日 12時38分 (#2940993)

          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
          親コメント
        • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 11時50分 (#2940980)

          >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。

          親コメント
          • Re:クイズ (スコア:3, 興味深い)

            by Anonymous Coward on 2015年12月26日 13時04分 (#2941006)

            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。

            親コメント
            • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 14時43分 (#2941036)

              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?

              親コメント
            • by Anonymous Coward

              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?

              • by Anonymous Coward

                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。

              • by Anonymous Coward

                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?

              • by Anonymous Coward

                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。

              • by Anonymous Coward

                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。

              • by khwarizmi (23623) on 2015年12月27日 11時28分 (#2941277)

                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。

                親コメント
              • by Anonymous Coward

                > 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。

              • by Anonymous Coward

                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

      • by Anonymous Coward

        マジックミラーをご存じない?

      • by Anonymous Coward

        光を吸収してるだけです

    • by Anonymous Coward

      鏡->透過→鏡→吸収、で終わりでは? 3DCGで簡単に再現できるはず。

      • by Anonymous Coward

        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。

  • これが本当の (スコア:2, おもしろおかしい)

    by Anonymous Coward on 2015年12月26日 6時01分 (#2940867)

    東大モトクラシーであったとは未だ誰も知らなかった

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 22時29分 (#2941169)

    光の半導体なんだなぁと思ってしまった。

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 7時06分 (#2940872)

    メタボ父さん?

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 7時48分 (#2940881)

    ソフトオンデマンドがアップを始めました。

    • by Anonymous Coward

      摂氏マイナス269度か……。

    • by Anonymous Coward

      利点は撮影をやっている側の明るさを上げることができることか

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 7時59分 (#2940883)

    これを応用すれば、透明人間になると自分も何も見えなくなるという問題が解決できるかもしれないな。

    • by Anonymous Coward

      摂氏マイナス269度で男の夢もろとも砕け散るわけだが。。。

      • by Anonymous Coward

        今実現できるのはその環境、というだけで、未来永劫その環境でなければ実現不可能とはまだ分かっていません。
        (まあ、常温超伝導とか常温核反応とかそういう”夢”だ、というだけですが)
        謎物質でできた8個の球体を謎軌道で回転させておくことでその中心部にスーパー鏡を生成し、
        一方向透過とか老化防止とかビーム遮断とかテレパシー増幅とか光の剣とか存在確率減少とかセカンドフェイズ解放とかできるようになるのかも!

    • by Anonymous Coward

      いや、普通はダンバインのコクピットの実現だろ?

      #仮に透明人間になれても、「透明人間は目が見えない」という問題解決はどーすんだろ。

    • by Anonymous Coward

      後ろから見ると完全に透明だが、
      前から見ると黒目だけ見える透明人間ができるんじゃなかろうか

      #こわい

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 12時15分 (#2940988)

    素人ですまん。
    光の結晶面に対する侵入角度によって吸収スペクトルが違うということ?
    界面の業界では常識ではなかったっけ?新規な現象なの?

    • それと関係ない新規現象。

      --
      the.ACount
      親コメント
    • by Anonymous Coward

      同じく素人だから間違っているかもしれんが
      放射に関する(他にもいろいろあるんで勘違いするなよ、するなよ!)の
      キルヒホッフの法則の反例になるかもしれない。
      その意味で正しければ新規の現象。

    • by Anonymous Coward

      逆方向なだけで、経路同じなんだよ。

  • by Anonymous Coward on 2015年12月26日 12時50分 (#2941001)

    >マイナス269度、53テスラ磁場

    宇宙空間は3ケルビンくらいですから、あとは磁場さえなんとかすれば可能?

    • by Anonymous Coward

      宇宙空間でも物体をそこまで冷やし続けておくのは一工夫いるんじゃないでしょうか?
      光が当たったらまた温度上がりますし。

    • by Anonymous Coward

      >宇宙空間は3ケルビンくらい

      たぶん、宇宙マイクロ波背景放射のことを言っているんだと思うけど、それは宇宙の晴れ上がりの時の放射が宇宙の膨張で引き伸ばされて
      現在では2.725Kの黒体放射とほぼ等しい・・・ってだけで、「宇宙空間の温度」とは微妙に違う。
      実際にはそれ以外にも星からの光や各種宇宙線とかがあるし。

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192.168.0.1は、私が使っている IPアドレスですので勝手に使わないでください --- ある通りすがり

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