質問: コップの表面をスポンジで覆ったら中の水は? コップの表面の内側と外側の全てを、スポンジのような水を吸いあげる素材でコーティング(薄く覆う)したとして、そのコップの中に水を入れたら、コップ表面のスポンジによって水がコップの内側を登りコップの外側を伝いコップの外側の底から滴るような現象は起きますか? 例えば、超流動ヘリウムが、容器の外にこぼれるような現象がこの場合水でも起きますか?
回答: そうですねえ、あまりテクニカルな思考実験を考えていると罠にはまります。 要は、毛細管現象を使っても永久機関ができないということなんですね。 一つ、毛細管現象による永久機関の思考実験を提示しておきましょう。補足で頂いている思考実験にも関わりますが、もっと単純化したものです。 雑巾より単純な管を使います。管は水に対して無視できるほど軽いとします。また厚さも事実上無視できるとします(管の体積は考えなくていいということ)。強度は管内に毛細管現象で上がってくる水を支えるのに最小限度だとします。 表面張力で管内に水が上がってきます。管内の水は水面に対して位置エネルギーを持ちますね。 ここで、水が上がった管をポキリと折ります。このときの強度はぎりぎりですから、加える力は無視でき、エネルギーは事実上使われません。 水の満ちた管は水面に落下します。これは力学的エネルギーとして使えます。 折ったところに、別の管を継ぎ足して元通りにします。当然、また管内に水が上がってきます。そして、また管を折って、力学的エネルギーとして使います。 これは永久機関ですね。しかし、永久機関は作れません。では、上記の現象は起こせないということになります。 だとすると「思考実験の間違いは何だろうか?」ということです。決して、「物理法則の、どれに間違いがあるのだろう?」という思考にはなりません。 そういう思考方法で、できる、できないを考えて回答しました。細かい現象をつなぎ合わせる前に、大枠として、あるいは全体として、それは何かという観点です。 それが、物理学法則としてあり得ないなら、どこかがおかしいわけです。 上記についての答は書きません。もし、ご興味があれば考えてみてください。同様の一見は実現できそうな、力学的永久機関は他にもあり、熱を使っていないので、できないことを力学から証明するのは、結構手間がかかったりします。 p.s. しかし、ムペンバ効果のような現象や、かき回したらエントロピーが減少したかのような現象もあります。また、質問者様がティッシュで実験したような現象もあったわけです。 それはそれで、永久機関はできないという大前提で、「ではどういうことが起こっているのだろう?」という風に考えて行くことになります。