6. Более подробное обсуждение экспериментов с высокими частотами

Условия, принятые в предыдущих разделах, дали удовлетворительную теорию для случая низких частот, но некоторые эксперименты требуют в действительности применения высоких частот, и возникает вопрос, действительно ли вся требуемая для эксперимента энергия должна всегда в конце концов рассеяться. Равенство (14.36), конечно, определяет полное количество энергии, необходимое для наблюдения, но вместо применения в качестве приемника осциллятора, поддерживаемого при температуре Т, мы можем представить себе другое устройство, например, фотоэлемент при температуре Т. Используемое в эксперименте излучение может

попадать на кусок металла и выбивать из него электрон с кинетической энергией

(14.38)

где означает работу вылета электрона из катода. Электрон может быть затем замедлен электрическим полем, и может отдать в результате этого энергию , соответствующую работе электрического поля. Наконец, электрон попадает на флуоресцирующий экран при температуре Т и поглощается. В момент, когда происходит поглощение, электрон имеет низкую кинетическую энергию

которая, превращаясь в тепло, дает увеличение энтропии экрана на

Если замедляющее поле слабо, лишь немного меньше, чем . Если же поле слишком сильно, то электрон не может достичь экрана и наблюдение становится невозможным. Эксперимент может дать положительный результат только при условии, что электрон, достигающий экрана, имеет энергию большую, чем тепловые флуктуации в экране; это возвращает нас к задаче предыдущего раздела.

Необходимо подчеркнуть различие между следующими двумя величинами:

— наименьшей полной энергией, требуемой для эксперимента с приемными ячейками, и

— наименьшим увеличением энтропии при наблюдении с надежностью над приемниками. Здесь — коэффициент, ранее определенный равенствами (14.23), (14.24) и (14.34). Для высоких частот имеем:

Лишь часть полной энергии превращается в тепло ;

разность может быть восстановлена в форме электрической или механической работы

(14.44)

В большинстве экспериментальных устройств мы не заботимся о том, действительно ли энергия превращается в тепло или восстанавливается; однако предыдущее рассуждение важно в теоретическом отношении.

Итак, применение высоких частот для получения данного количества информации оказывается более дорогим (с точки зрения затраты негэнтропии), чем применение низких частот, хотя бы часть энергии, связанной с высокими частотами, и была восстановлена в форме работы с помощью какого-либо специального устройства. Однако всегда необходимо удержать достаточно энергии для воздействия на низкочастотный обнаруживающий прибор, так что предыдущие результаты, относящиеся к низкочастотному резонатору, устанавливают наименьшую цену наблюдения. Введение специального устройства для уменьшения потери энергии в случае высоких частот можно представить просто как преобразование ситуации, в которой требуются высокие частоты, к такой ситуации, где можно обойтись низкими частотами.

Здесь интересно также упомянуть о фотографическом методе. Когда квант попадает в фотографическую пластинку, происходит ионизация атома и испускается электрон с кинетической энергией , выражаемой равенством (14.38), где теперь означает порог ионизации. Электрон, пройдя некоторый путь, останавливается в эмульсии и теряет свою энергию которая частично затрачивается на совершение работы, а частично превращается в тепло в результате многих столкновений. Здесь много больше, чем (так как ионизация производится не тепловыми флуктуациями), и тепло, выделенное в эмульсии, будет больше (в противном случае электрон не смог бы пройти достаточно далеко и был бы отброшен тепловым движением). Эти условия существенно не отличаются от только что рассмотренных и приводят к сходным заключениям. Процесс проявления пластинки не требует обсуждения. Он представляет собой просто усиление (и с точки зрения энтропии очень дорогое), преобразовывающее микроскопический эффект в макроскопический, могущий наблюдаться непосредственно.