Самый простой эксперимент: открываем фото из JPEGа, "сохранить файл как..." выбираем опять же JPEG, высшее качество, сохраняем. А изображение увеличено, и при том сама картинка вроде как такого же размера, просто добавляется рабочая область

В твоем вопросе находится сам ответ: "высшее качество"
Это первое.
Второе. Это я уже не могу объяснить, но скорее всего в алгоритмах сжатия. И я этим постоянно пользовался, создавая на своем сайте фото-галереи. Если взять из Инета или с CD-диска, или после ФотоШопа JPG-картинку и переконвертировать ее программой ACDSee в тот же JPG с наивысшим качеством, то размер файла будет в 10 раз меньше, чем исходник.
В своём ПЕРВОМ вопросе об этом вы присоединили скрин опровергающий утверждение в вопросе, и ОБЪЯСНЯЮЩИЙ происходящее.
Читайте мой ответ там. Повторять нет желания.
Прежде всего результат зависит от того, откуда вы взяли исходник. Если это Jpeg, значит, он где-то уже был сжат - а на каком уровне?
Я тоже сейчас провел эксперимент. Взял фото с фотоаппарата (снято с наилучшим качеством) - 3,46 Mб. Сразу пересохранил в Фотошопе, при качестве 12. Теперь файл занимает 4,63 мб.
Вывод очевидный: разные алгоритмы в фотоаппарате и Фотошопе.
Чтобы проверить, снова пересохраняю в Фотошопе. Теперь файл почти не изменился - 4,69 Мб.
И еще раз - 4,73 Мб
Такое небольшое увеличение практического значения не имеет, значит не стоит и заморачиваться насчет него.
Пересохранение jpg с той же степенью сжатия все равно сопровождается перекодированием.
Из описанного процесса: так не бывает.
Ищите в том, что вы делаете между "открываем" и "сохраняем". Либо это глюк программы.