【光学】光学の多重反射概念を覆す光の対称性を発見 - 東北大［02/23］

1 ：しじみ ★：2018/02/26(月) 05:39:48.38 ID:CAP_USER.net

東北大学(東北大)は、ランダムに並べた構造の中にも隠れた対称性があり、
同じ透過確率を与えることを見出したと発表した。
これは従来の光学の多重反射の概念では説明できない結果となる。

同成果は、米国ライス大学のHaihao Liu氏(研究当時:東北大学理学部に短期留学)、
東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 博士課程後期のM Shoufie Ukhtary氏、
齋藤理一郎 教授によるもの。詳細は、「Journal of Physics: Condensed Matter」に掲載された。

Haihao氏らは今回、AとBの2種類の誘電体多層膜(膜厚が波長の1/4)の電磁波の透過確率を計算した。
通常、多層膜がN層ある場合には可能な多層膜の構造は2のN乗通りあることとなり、
電磁波は、異なる膜の境界面では反射(多重反射)が起こるので、
透過確率も2のN乗通りであることが考えられる。
しかし、計算結果では透過確率の値は、わずか(N/2+1)通り(Nが偶数の場合。奇数の場合は、N+1通り)しかなかった。

例えば、N＝20 だと、多層膜の構造は220=100万通りあるはずだが、計算で得られる透過確率はわずか11通りしかない。
これは、多層膜の中に、同じ透過確率を与えるような、隠れた対称性があることを示している。

Haihao氏らはさらに、この対称性を見つけ、さらに構成する多層膜に対して整数パラメータを定義し、
整数パラメータを用いた透過確率の公式を導出した。

研究チームは同成果に関して、「この結果は、試行錯誤によって発見したものだが、
複雑な多重反射が、1つの整数で記述できるということを示しており、従来の光学の概念にない、
驚くべき結果だ」とコメントしている。

なお、同成果を記した論文は、
「Journal of Physics: Condensed Matter」に2017年に発表された論文の中で、
卓越した論文として選ばれる、「2017 JPCM spotlight論文」として選出された。

図：ランダムにN枚並べたAとBの2種類の誘電体多層膜への電磁波の入射、透過、反射の概念図。
iは膜のラベル、Liは膜の種類(AかB)、Iは入射する電磁波、Tは透過確率、Rは反射確率を示す。
2のN乗通りのすべての構造を計算すると、透過確率が取り得る値の種類は(N/2+1)通りしかなかった (出所:東北大学Webサイト)
https://news.mynavi.jp/article/20180223-588560/images/001.jpg

マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180223-588560/

2 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 05:45:27.33 ID:++sUrBVM.net

誰かわかりやすく解説してください

3 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 05:48:26.87 ID:+dlZswjU.net

単純な１次元の量子力学の問題に思えるけどなあ

4 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 05:49:18.88 ID:OGXW/w5T.net

膜間に別の物資が生成された状態で実験しちゃってませんか？

5 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 05:53:34.54 ID:+dlZswjU.net

>>4
実験じゃなくて、単純な理論計算だって

6 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 05:58:32.92 ID:vVOtn3OU.net

アインシュタインも言った通り、自然の本質は単純だと言うことだよ。

7 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:05:49.63 ID:+dlZswjU.net

量子力学の確率解釈について来れなかったアインシュタインを出されてもなあ

8 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:06:19.61 ID:yb99rH9S.net

当然。
通常、多層膜がN層ある場合には、すべての膜が異なっている。
だから、光の経路に応じて、無数の透過確率が発生する。

しかし、今回の理論計算では、すべての膜厚が等しく波長の1/4かつ、
AとBの2種類が、美しく交互に並んでいる、という極めて高度な対称性を多層膜に設定して計算した。
よって、異なる経路を通過してきたはずの光が「偶然」まったく同じ強度をもって干渉しあう、という現象が発生し、
無数の透過確率項が打ち消しあって、簡略化された。

こういった計算を行うのは、現実には多層膜を完全に美しくは作れないので、
本当は複雑な計算が必要なところを、
計算を手抜きするための近似として導入するものだ。
昔、コンピューターが無かった頃の人手計算技術の名残だ。

9 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:14:14.07 ID:+dlZswjU.net

>>8
> AとBの2種類が、美しく交互に並んでいる、という極めて高度な対称性を
> 多層膜に設定して計算した。

Ａ層とＢ層は交互には並べず「ランダムに」配置だよ
本文と図ぐらい見なよ

10 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:16:32.10 ID:h/bSVSD9.net

これはつまり、どういうことだ

11 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:25:17.84 ID:Jkt0KTWK.net

ご冗談でしょう、ファインマンさん

12 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 06:44:17.18 ID:htzF+VW5.net

その道で専門の連中が「わからんなあ」と出した結論に、ペーパーを読んだことないどころかそういう概念に触れたこともない「2chの常識人」様たちが偉そうに素人理論で解説してくれるのを見るのがホント好き

13 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 07:37:08.20 ID:IKDMtc62.net

つまり、光はえり好みをするということですね？差別ニダ〜！

14 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 07:43:22.73 ID:5HJK6mKt.net

光通信復活するん？

15 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 07:53:42.50 ID:L2ry7+Q/.net

>>1
膜の厚さが同じなら当たり前じゃね？
膜の厚さが異なる場合のみ2^N通りになるはず

16 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 09:39:08.71 ID:CwT724e2.net

特定の厚さに揃えた薄膜で、こさえた多層試料…　造るの大変そう。

17 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 10:21:32.44 ID:7ED4ecPX.net

>>2
この世界は我々が神と呼ぶ存在が動かしているシミュレーションであり
自然を観察すると計算量を減らすための手抜きが幾つも見つかる

18 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 10:29:02.75 ID:z+NTMVYb.net

なるほどわからん！

19 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 10:34:03.59 ID:KVQ4d/j3.net

つまり服だけ透けて見える眼鏡が作れるってことですね

20 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 11:21:33.48 ID:ZjNoghMZ.net

(ﾟ∀。)ﾅﾙﾍｿ

21 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 13:04:47.58 ID:3ch1tv76.net

数学の問題と云うか話な訳ね
1〜100まで足したら幾つになるか？を公式見つけたって話と同じか？

22 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 13:31:51.57 ID:IMY9ceT5.net

>>21
全然違くないか？

23 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 14:02:02.70 ID:x4ltxkWM.net

>>17
前半読んでまたそれかと思ったが
後半読んで実にストンとしっくり来た
最初ごめん

24 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 14:18:06.66 ID:mczzoYJ9.net

ある条件を満たす場合、処女膜を通過するちんぽのパターンは考えられてたよりずっと少ない、選ばれたパターンしかない事がわかった

25 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 15:21:14.86 ID:DHMskQ0u.net

関係無いけどなぜか一次元セルオートマトンと高速フーリエ変換を連想した

26 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 15:37:50.28 ID:Dmoew7Qf.net

電磁レーダーガメラ

27 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 15:39:23.60 ID:Dmoew7Qf.net

まるでねずみのようだ・・

28 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 15:52:22.73 ID:ycNPEWyU.net

フェルミ縮退とボーズ縮退みたいな関係？

29 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 16:33:45.74 ID:bpDlIhO8.net

Haihao Liu氏　　中国系
M Shoufie Ukhtary氏　　南アジア系
齋藤理一郎教授　日系埼玉人

30 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 19:12:49.86 ID:cS6NUWAO.net

ランダムと言いながら厚さ揃えてるんじゃん>>1
しかも2種類だけとか

31 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 19:43:26.12 ID:wO+8Pnh8.net

>>15
並べ方で厚みは変わるなぁ

32 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 19:46:31.98 ID:L2ry7+Q/.net

>>31
1+1で2を作ったときNはいくつととらえるかだな
>>1はN=2と解釈してそう

33 ：名無しのひみつ：2018/02/26(月) 19:56:07.36 ID:IZnXhG4J.net

これによって禿げの反射は減るのでしょうか？

34 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 00:33:28.55 ID:sTNOtEvT.net

ハゲ曲面での屈折率が変わって頭部が黒く見える、まるで髪があるかのように

35 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 01:46:23.80 ID:EinSIWgy.net

>>17
逆だな
手を抜いてるのは人が定義した自然
物理学の方に精密さが足りないことで間違った答えが出る
神はさいころは振らない
神はノータッチ

36 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 04:15:41.24 ID:FzMUCZxY.net

高分子の研究に応用できそう

37 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 04:59:08.86 ID:jBKfayj2.net

全ては対称性を持ち、その対称性は破れる

38 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 05:05:43.55 ID:BQQpbNp8.net

>透過確率も2のN乗通りであることが考えられる。

波長を固定すれば透過確率は1次元の量だから縮退しまくって当然なのに、馬鹿だなこいつ

波長を固定しなきゃ、多層膜でいろんな特性のフィルター作れるのは常識だし

39 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 11:28:29.86 ID:bSXdzYN1.net

>>7
相対性理論を完成させられる人が、ついてこれなかったのか？
なんか違うような・・・

40 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 13:39:30.19 ID:+56Fz1HW.net

>>39
アインシュタインが当時イメージしていた量子物理は確かに否定されたが、
対抗のいわゆる「コペンハーゲン解釈」＝ご都合主義的でちょっとバカ入ってるｗも実はひっそりと否定されている
まあ引き分けって感じかね
今は計算や実験の技術が20世紀前半には考えられないくらい高度になったおかげで、
量子理論の創設に関わった著名研究者が想像だにしなかった世界が理解されつつある
簡単に書くと、量子現象は確率的に起こるんではなく現象の「見方」によって見えるものが変わる
20世紀は観測によって未来が変わるかのような不思議さが問題になってきたが、
本当はすでに起ってしまった過去の現象でさえも「見方」を変えると見えるものが変わってしまうことが分かった
コペンハーゲン解釈のように観測した瞬間に波動性が消失するということは起こらない
この意味で軍配はアインシュタインに上げてもいいかもな

41 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 13:49:01.16 ID:jVn0xNon.net

【ＵＦＯ】　　山本太郎も横浜で遭遇　　≪�W◇″型の発光体≫　　世界にテレパシー放送　　【大宣言】
http://rosie.5ch.net/test/read.cgi/liveplus/1519704223/l50

42 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 14:54:33.22 ID:AvMOAL0q.net

>>40
> アインシュタインが当時イメージしていた量子物理は確かに否定されたが、

アインシュタインの説、つまり隠れた変数理論の一つによる決定性の回復は間違っていることが実験で証明された

> 対抗のいわゆる「コペンハーゲン解釈」＝ご都合主義的でちょっとバカ入ってるｗも実はひっそりと否定されている

これはウソ
解釈の違いは実験で区別できるような差異はない
だから解釈であって理論ではないんだよ、理論の違いは原理的には実験による判定が可能だからね
どの解釈を選ぶかはその人がどの解釈が自然だと思うかに過ぎない
だからボーアらのコペンハーゲン解釈でもエベレットの多世界解釈でもその人が好きなのを選べば良いだけの話

> まあ引き分けって感じかね

全然違いますよ、片や実験で反証され、片や趣味の問題として現在の物理学者の趣味が別の解釈に移っただけなのだから
アインシュタインの隠れた変数理論は現代物理学の根幹的な大前提である局所性の前提を放棄しない限り復権できず間違った理論というステイタスは永遠に続く
だが局所性を捨てるということはニュートンの時代のような遠隔作用を持ち込むということであり
現代物理学における基本的で最重要な概念の一つである「場」の考え方を捨てるということ
量子の世界に決定論を回復するために局所性つまり場の概念を捨てるというのは代償が大きすぎるというのが現代の物理学者のほぼ全員のコンセンサス
だから今の時代にアインシュタインの世界観を支持するプロの物理学者などほぼ皆無

> コペンハーゲン解釈のように観測した瞬間に波動性が消失するということは起こらない

起こらないではなくて起こると考えると感覚的に（直感的に）不自然に思える事柄が色々と見つかって来たというだけ
コペンハーゲン解釈は実験では反証できない、新しい実験によって不自然な解釈に思えてくるというだけに過ぎない
コペンハーゲン解釈が実験で反証されるということは現在の量子力学という理論そのものがその実験で反証される時、かつその時のみ

というわけで
君の場合、「コペンハーゲン解釈」とかの言葉を持ち出す前に、理論と解釈との根本的な違いを正しく理解する必要がある

43 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 22:09:51.75 ID:R3GPO08j.net

反射のサンプルを増やすほど幾何学的になるとかそう言うこと


というくらいの想像しかできない
難しくて具体的なイメージできんわ

44 ：名無しのひみつ：2018/02/27(火) 23:07:29.27 ID:IDTJ+CEO.net

伝播行列法で計算すれば一発じゃん

45 ：名無しのひみつ：2018/02/28(水) 15:22:46.04 ID:SvVKj+Cv.net

>>42
>アインシュタインの隠れた変数理論は現代物理学の根幹的な大前提である局所性の前提を放棄しない限り復権できず間違った理論というステイタスは永遠に続く

量子もつれこそ、局所性の前提をぶち壊してるわけだが

なお、ベル基底とされてる|00>+|11>と|01>+|10>をヒルベルト空間の自然な基底で表現すると
|00>=(1, 0, 1, 0), |01>=(1, 0, 0, 1), |10>=(0, 1, 1, 0), |11>=(0, 1, 0, 1)だから
|00>+|11>=|01>+|10>=(1, 1, 1, 1)となるのはわかるか？

46 ：名無しのひみつ：2018/02/28(水) 16:33:16.69 ID:Snrju0cr.net

>>42
古臭い教科書の主張を鵜呑みにして理解したつもりになっても意味ないよ
＞20世紀は観測によって未来が変わるかのような不思議さが問題になってきたが、
＞本当はすでに起ってしまった過去の現象でさえも「見方」を変えると見えるものが変わってしまうことが分かった
↑否定するなり何なりこれに絡んでこないことが最近の情報に疎い何よりの証拠
ボーアらの素朴な「コペンハーゲン解釈」が未だに有効だという主張はネオ・ダーウィニズムが進化論の決定版というくらいバカくさい
>>45
現代にアインシュタインが連れてこられたら「なるほど」とうなずいて喜んで（古典的な）局所性を捨てるだろう、という某啓蒙書の煽りがあったな

47 ：名無しのひみつ：2018/02/28(水) 22:56:35.68 ID:87AcQMeJ.net

この実験を計算機とみなすと
入力=素子の並べ方と入射光 出力=出てくる光
単射じゃないから熱エントロピーを新たに出さねばならない？
それとも情報が消えるわけではないから発熱しなくてもよい？どっちだ？

48 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/24(木) 10:40:22.53 ID:AWIA0MPI.net

【核を無力化、プーチン】　アメリカには無敗の核戦力　←＜光の勢力＞→　ロシアには無敵の光熱兵器!?
http://rosie.5ch.net/test/read.cgi/liveplus/1527039267/l50

49 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/24(木) 11:40:28.56 ID:eAvN1SB2.net

プリズムや分光器と同じだろ

50 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/24(木) 15:17:43.93 ID:zUM7IaD0.net

光子の二重スリット実験みたいに
プリズムでやれば、光子一個づつでも虹ができるのかな

51 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/24(木) 20:21:23.71 ID:eAvN1SB2.net

(N/2+1)という計算式で透過率が計算できる
これは実験をくりかえして出てきた計算式であって
今の所、理由はわからない、ただ何かしら法則や原理、未知の現象があるのではないか？
そう考えている

52 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/24(木) 20:24:49.16 ID:eAvN1SB2.net

>>51
(N/2+1)通りという計算式は偶数の時であり
奇数の時はN+1通りという計算式になる

53 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/25(金) 01:54:34.62 ID:3Ad9keX8.net

>>42
いいこと書いてるな。
よしよし。

＞だが局所性を捨てるということは
＞ニュートンの時代のような遠隔作用を持ち込むということであり


遠隔作用が大正解なんだよ。
エーテルとか場とか関係ない。
距離に比例して作用の時間が決まる。これだけ。
だから地球の自転に関係なくマイケルソンモーレーの
結果になる。光速不変なんかではなく、距離が同じだっただけ。

サニャック効果も間違った考え方してるだけで、
あれは光が空間を伝搬してる（すなわち近接作用または場である）ことを
示しているわけではない。

量子論もまがいものであって、
遠隔作用論を間違って解釈してるだけのもの。

難しいかな？

54 ：ニュースソース検討中＠自治議論スレ：2018/05/25(金) 01:56:59.07 ID:3Ad9keX8.net

×　距離が同じだっただけ。
〇　距離が変わらなかっただけ。