Александр фридман – рыцарь науки. Александр Александрович Фридман: биография В поиске бесконечной Вселенной
Русский и советский математик и геофизик А.А. Фридман родился 16 (28) июня 1888 года в Санкт-Петербурге в музыкальной семье. Его отец был артистом кордебалета Императорских Санкт-Петербургских театров, а мать, Людмила Воячек, пианисткой, выпускницей консерватории, дочерью известного чешского музыканта и композитора. Однако маленького Александра влекла не музыка, не театр, с ранних лет он увлекался математикой. В школьные и студенческие годы к этому добавилось еще и увлечение астрономией. В 1906 году Александр Фридман окончил с золотой медалью 2-ю Санкт-Петербургскую гимназию и поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. В том же году 18-летний Александр опубликовал свою первую математическую работу в одном из ведущих научных журналов Германии "Математические анналы" ("Mathematische Annalen"). Годы учебы в университете были решающими для всей дальнейшей судьбы А.А. Фридмана. Его учителем, надежной защитой и опорой стал блестящий математик Владимир Андреевич Стеклов, имя которого носит сейчас Математический институт Академии наук. Профессор Стеклов, перебравшийся в Петербург из Харькова, был необычайно ярким человеком, будущим академиком и вице-президентом РАН. Он оказал огромное влияние на становление молодого ученого.
Еще будучи студентом физико-математического факультета Петербургского университета А.А. Фридман написал ряд работ, из которых одна - "Исследование неопределенных уравнений второй степени" - в 1909 году была удостоена золотой медали. В 1910 году Александр окончил Санкт-Петербургский университет и по рекомендации В.А. Стеклова вместе со своим другом, Я.Тамаркиным, был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики для подготовки к профессорскому званию. До весны 1913 года Фридман занимался математикой - руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения (1910-1914), читал лекции в Горном институте (1912-1914). А весной 1913 года, после сдачи магистерских экзаменов, он поступил на работу в Аэрологическую обсерваторию Российской Академии наук в Павловске под Петербургом и стал заниматься изучением способов наблюдения атмосферы, динамической метеорологией (теперь эту область науки называют геофизической гидродинамикой). Кроме синоптики и динамической метеорологии, ему пришлось ознакомиться с теорией земного магнетизма. Скоро он стал выдающимся специалистом в метеорологии и смежных областях. В 1913 году Фридман напечатал в "Географическом сборнике" очень важную работу "О распределении температуры воздуха с высотою". В этой работе он теоретически рассматривал вопрос о существовании верхней инверсии температуры (в стратосфере).
Весной 1914 года Фридман был направлен на стажировку в Лейпциг, где в это время жил известный норвежский метеоролог Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес, создатель теории фронтов в атмосфере. Летом того же года Фридман летал на дирижаблях, принимая участие в подготовке к наблюдению солнечного затмения в августе 1914 года. С началом Первой мировой войны Фридман вступил добровольцем в авиационный отряд. В 1914-1917 годах он участвовал в организации аэронавигационной и аэрологической службы на Северном, Юго-Западном и других фронтах. Фридман многократно участвовал в качестве лётчика-наблюдателя в боевых полётах, в разведывательных операциях.
Освоив профессию летчика, А.А. Фридман преподает в школе авиаторов в Киеве. В 1917 году его приглашают для чтения лекций в Киевский университет, а затем он переезжает в Москву. Некоторое время работает на заводе авиационных приборов. Война подорвала его здоровье, у Фридмана обнаружилась болезнь сердца. Врачи не советовали ехать в Петроград, и он выбрал Пермь. В ноябре 1917 года он подает заявление об участии в конкурсе, а 13 апреля 1918 года Фридман занимает должность экстраординарного профессора кафедры механики Пермского университета. До 1920 года профессор А.А. Фридман работал проректором Пермского университета, преподавал курсы дифференциальной геометрии и физики.
В мае 1920 года Александр Фридман взял академический отпуск и уехал в Петроград. Жизнь молодого ученого в первые годы после Революции была очень тяжелой. Одно время он хотел бежать за границу вместе с Тамаркиным, который в итоге эмигрировал один. Но Фридману повезло, в Советской России ему дали возможность работать. В 1920 году в Петрограде он начал работать в Главной физической обсерватории (с 1924 года - Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова), одновременно преподавал в различных учебных заведениях Петрограда - в Политехническом институте (1920-1925), Институте инженеров путей сообщения (1920-1925) и др. В декабре 1920 года ученый сложил с себя обязанности профессора механики Пермского университета окончательно.
В 1923 году А.А. Фридман был назначен главным редактором "Журнала геофизики и метеорологии". Основные работы А.А. Фридмана посвящены проблемам динамической метеорологии (теории атмосферных вихрей и порывистости ветра, теории разрывов непрерывности в атмосфере, атмосферной турбулентности), гидродинамике сжимаемой жидкости, физике атмосферы и релятивистской космологии. В июле 1925 года с научно-исследовательскими целями совершил полет в стратосферу на аэростате вместе с пилотом П.Ф. Федосеенко, достигнув рекордной по тому времени высоты 7400 м. Фридман одним из первых освоил математический аппарат теории гравитации Эйнштейна и начал читать в университете курс тензорного исчисления как вводную часть к курсу общей теории относительности. В 1923 году вышла в свет его книга "Мир как пространство и время" (переиздана в 1965), познакомившая широкую публику с новой физикой.
Научная деятельность Фридмана была сосредоточена главным образом в области теоретической метеорологии и гидродинамики. В этих областях проявился его блестящий математический талант, неизменное стремление и умение доводить решение теоретических задач до конкретного, практического приложения. А.А. Фридман является одним из основоположников динамической метеорологии. Он занимался также вопросами приложения теории физических процессов в атмосфере к воздухоплаванию. Очень много сил он отдал поиску закономерностей, быть может, самых хаотических в мире процессов - процессов в земной атмосфере, которые делают погоду. Несмотря на физически звучащие слова, занимался он, в сущности, математикой - уравнениями в частных производных.
Основным трудом Фридмана по гидромеханике является его работа "Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости" (1922). В ней он дал наиболее полную теорию вихревого движения в жидкости, рассмотрел, а для ряда случаев решил важную проблему о возможных движениях сжимаемой жидкости при действии на нее определенных сил. Это фундаментальное исследование позволяет считать Фридмана одним из создателей теории сжимаемых жидкостей. В той же работе Фридман вывел общее уравнение для определения вихря скорости, которое приобрело фундаментальное значение в теории прогноза погоды.
Весной 1922 года в главном физическом журнале того времени - "Zeitschrift fur Physik" появилось обращение "К немецким физикам". Правление Германского физического общества извещало о трудном положении коллег в России, которые с начала войны не получали немецких журналов. Поскольку лидирующее положение в тогдашней физике занимали немецкоязычные ученые, речь шла о многолетнем информационном голоде. Немецких физиков просили направлять по указанному адресу публикации последних лет, с тем, чтобы потом переслать их в Петроград. Однако в том же самом журнале, всего двадцатью пятью страницами ниже, была помещена статья, полученная из Петрограда и, на первый взгляд, противоречащая призыву о помощи. Имя автора - А.Фридман - физикам было неизвестно. Его статья с названием "О кривизне пространства" касалась Общей теории относительности. Точнее - ее самого грандиозного приложения: космологии.
Именно в этой статье родилось "расширение Вселенной". До 1922 года такое словосочетание выглядело бы полной нелепостью. Конечно, о том, что расширение Вселенной началось миллиарды лет назад, астрофизике еще только предстояло узнать; еще предстояло измерять и вычислять; еще предстояло размышлять над проблемой горизонта Вселенной. Но выдвинул эту идею впервые в 1922 году тридцатичетырехлетний Александр Фридман. В своей работе "О кривизне пространства" Фридман по существу дал набросок основных идей космологии: об однородности распределения вещества в пространстве и, как следствие, об однородности и изотропности пространства-времени, т.е. о существовании "мирового" времени, для которого в каждый момент метрика пространства будет одинакова во всех точках и по всем направлениям. Эта теория важна прежде всего тем, что приводит к достаточно корректному объяснению фундаментального явления - эффекта красного смещения. Полученное Фридманом при указанных предположениях решение уравнений поля является образцом для любых космологических теорий.
Интересно отметить, что автор теории относительности Эйнштейн вначале считал, что космологическое решение уравнений поля должно быть статично и привести к замкнутой модели Вселенной. В сентябре 1922 года он критиковал работу Фридмана: "Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными. В действительности оказывается, что указанное в ней решение не удовлетворяет уравнениям поля". Эйнштейн не поверил результатам Фридмана. Сочтя его космологическую картину неправдоподобной, он без труда, но, увы, и безо всякого основания нашел мнимую ошибку в вычислениях петроградского ученого. Только получив письмо от Фридмана, отстаивающего свою правоту, и проделав еще раз вычисления, Эйнштейн в мае 1923 года признал результаты русского коллеги и в специальной заметке назвал их "проливающими новый свет" на космологическую проблему. А для потомков сама ошибка Эйнштейна проливает свет на смысл и масштаб работы Фридмана.
Современная теория гравитации (общая теория относительности) была создана Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Согласно этой теории, под воздействием массы и энергии тел пространство (точнее говоря, пространство-время) искривляется, что, в свою очередь, приводит к искривлению траекторий тел, что и воспринимается нами как проявление тяготения. Сразу же после возникновения теории относительности ее создатель попытался применить ее к Вселенной в целом, но эта попытка оказалась безуспешной. И вот через 7 лет неизвестный автор из Советской России - страны, казалось бы, изолированной от мировой науки, - смело утверждает, что эйнштейновский результат совсем не обязателен, а представляет собой весьма частный случай. Фридман впервые отбросил догму о неизменности Вселенной, с античных времен владевшую умами исследователей. Его выводы были настолько необычны, что Эйнштейн сначала не согласился с ним и заявил, что нашел в его выкладках ошибку.
Изучать Общую теорию относительности в России до 1920 года было трудно: ни иностранных публикаций, ни обзоров в отечественных журналах не было. А в мире уже бушевал настоящий бум вокруг новой теории. Начался он в 1919 году, сразу после подтверждения английскими астрономами предсказанного Эйнштейном отклонения лучей света от далеких звезд. И триумф теории относительности все-таки достиг России. Начали появляться популярные брошюры о новой теории. Одной из первых была книжка самого Эйнштейна. В предисловии автора к русскому переводу, изданному в Берлине и датированному ноябрем 1920 года, говорилось: "Более чем когда-либо, в настоящее тревожное время следует заботиться обо всем, что способно сблизить людей различных языков и наций. С этой точки зрения особенно важно способствовать живому обмену художественных и научных произведений и при нынешних столь трудных обстоятельствах. Мне поэтому особенно приятно, что моя книжечка появляется на русском языке".
Занятия Фридмана общей теорией относительности отнюдь не были случайными. В последние годы жизни он вместе с профессором В.К. Фредериксом (1885-1944) стал писать многотомный учебник по современной физике, который открывался книгой "Мир как пространство и время", посвященной теории относительности, знание которой Фридман считал краеугольным камнем физического образования. Удивительно, как Фридману удалось лишь за полтора года овладеть теорией по ее популярному изложению, но уже в августе 1920 года он пишет своему учителю и коллеге П.Эренфесту: "Занимался аксиомой малого [специального] принципа относительности... Очень хочу изучить большой [общий] принцип относительности, но нет времени". Работы Фридмана по общей теории относительности дали динамическую модель Вселенной и впервые позволили объяснить строение и развитие мира как целого. Но вряд ли в 1922 году появилась бы фридмановская космология, если бы не физик Фредерикс. Именно ему принадлежит первое в России изложение общей теории относительности. Его обзор 1921 года в "Успехах физических наук", как и еще несколько статей, посвященных общей теории относительности, могли помочь Фридману освоить эту теорию.
Полученные Фридманом в 1922-1924 годах первые нестатические решения уравнений Эйнштейна при исследовании релятивистских моделей Вселенной положили начало развитию теории нестационарной, раздвигающейся или пульсирующей Вселенной. Ученый исследовал нестационарные однородные изотропные модели с пространством положительной кривизны, заполненным пылевидной материей (с нулевым давлением). Нестационарность рассмотренных моделей описывается зависимостью радиуса кривизны и плотности от времени, причем плотность изменяется обратно пропорционально кубу радиуса кривизны. Фридман выяснил типы поведения таких моделей, допускаемые уравнениями тяготения, причем модель стационарной Вселенной Эйнштейна оказалась действительно лишь частным случаем. Он опроверг мнение о том, что общая теория относительности требует допущения конечности пространства. Решив уравнения эйнштейновской теории гравитации с учетом космологического принципа, Фридман показал, что Вселенная не может быть неизменной, в зависимости от начальных условий она должна либо расширяться, либо сжиматься. Он же впервые дал правильную по порядку величины оценку возраста Вселенной.
Результаты Фридмана продемонстрировали, что уравнения Эйнштейна не приводят к единственной модели Вселенной, какой бы ни была космологическая постоянная. Из модели однородной изотропной Вселенной следует, что при ее расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию. В 1927 году к тем же выводам, что и Фридман, пришел бельгийский ученый и католический аббат Жорж Леметр. Леметр уделял большое внимание cопоставлению теории и наблюдений, впервые указав, что расширение Вселенной можно наблюдать с помощью красного смещения в спектрах галактик. Таким образом, расширение Вселенной, было предсказано теоретически, на основе теории относительности сначала Фридманом и чуть позднее Леметром. Это был один из самых блестящих примеров предсказаний в истории науки. В 1929 году Эдвин П. Хаббл на основании астрономических наблюдений подтвердил: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра. Так астрономы, не обращавшие внимания на теорию Фридмана, убедились в его правоте. Но Александр Фридман, к сожалению, не дожил до открытия закона Хаббла. Уже после открытия Хаббла было показано, что нестационарность Вселенной фактически следует уже из закона всемирного тяготения (открытого Исааком Ньютоном еще в конце XVII в), точнее, из самого общего свойства гравитации, заключающегося в том, что эта сила только притягивает, но не отталкивает тела.
В феврале 1925 года А.А. Фридман был назначен директором Главной геофизической обсерватории, но занимал эту должность менее года. Умер А.А. Фридман в Ленинграде от брюшного тифа 16 сентября 1925 года. Ему было только 37 лет. Выдающийся ученый был похоронен на Смоленском православном кладбище. Работу Фридмана все-таки оценили, хотя многие в СССР и называли космологию "прислужницей мракобесия". В 1931 году постановлением Советского правительства за выдающиеся научные труды А.А. Фридман был посмертно удостоен Ленинской премии.
Александр Александрович Фридман, талантливый советский учёный, один из создателей современной динамической метеорологии, современной теории турбулентности и теории нестационарной Вселенной был очень смелым человеком. Он добровольцем пошел на русско-германский фронт, а будучи уже профессором (и автором новой космологии), участвовал в рекордном полете на аэростате. Но Фридману не суждено было дожить до времени, когда стал ясен подлинный масштаб его открытия, столь широко раздвинувшего горизонт науки. При этом не забудем, в какой стране и в какое время угораздило родиться "расширяющейся Вселенной".
31 мая 1923 года Альберт Эйнштейн писал: "В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу, однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет. Оказывается, что уравнения поля допускают наряду со статическими, также и динамические (т.е. переменные относительно времени) решения для структуры пространства".
Александр Фридман – рыцарь науки
Арон Черняк
Если бы открыл звезду я,
Я ее назвал бы «Фридман»...
Фридман! До сих пор он житель
Лишь немногих книжных полок -
Математики любитель,
Молодой метеоролог
И военный авиатор
На герма
нском фронте где-то...
Факт, что кое в чем пошел он
Чуя форм непостоянство
В этом мире-урагане,
Видел в кривизне пространства
Он Галактик разбеганье.
Расширение Вселенной?
В этом надо разобраться!..
Этот Фридман был ученым
С будущим весьма завидным.
О, блесни над небосклоном
Новою звездою, Фридман!
Это строки из стихотворения выдающегося русского поэта Леонида Мартынова (1905-1980) «Если бы открыл звезду я...» Не так уж часто поэты посвящают свои стихи ученым; можно сказать, это явление уникальное. Что же так привлекло Л. Мартынова в жизни и творчестве А. Фридмана? Обогнал Эйнштейна, прикоснулся к тайне расширяющейся Вселенной, математик, метеоролог да в придачу еще и боевой летчик – разве этого недостаточно, чтобы вдохновить стихотворца?! Попытаемся кратко рассказать об А. Фридмане, разумеется, в прозе.
В десятом номере журнала ВВС Красной армии «Вестник воздушного флота» за 1925 год напечатан некролог «Памяти профессора, летчика-наблюдателя А.А. Фридмана». Но Фридман был не просто рядовым летчиком-наблюдателем: когда его самолет во время Первой мировой войны вылетал на боевое дежурство в небо северо-западного фронта, немецкая фронтовая радиостанция передавала предупреждение: «Внимание! В воздухе Фридман!». Немцы беспокоились не напрасно: они знали, с кем имеют дело... Этот человек был «космонавтом», но не в общепринятом ныне смысле этого слова. Он не поднимался в космическое пространство, не был покорителем космоса, хотя в начале 20-х годов сама идея межпланетных путешествий стала уже «модной», уже были известны имена Н. Кибальчича, К. Циолковского, Р. Годдара, Г. Оберта и других энтузиастов завоевания космоса, уже публиковались научные и научно-популярные работы и ставились фильмы о предстоящих космических свершениях, уже об этом рассуждали люди вполне серьезные... Даже социально-политический фантаст В. Ульянов-Ленин проявлял интерес к космической тематике.
Имя А. Фридмана не было известно широкой публике, он не стал кумиром толпы, жаждущей немедленного «прыжка в космос». Однако с его именем неразрывно связаны такие фундаментальные понятия, как «красное смещение», «разбегание Галактик», «мировые уравнения», «модели Вселенной». Ибо А. Фридман явился основоположником современной космологии – физического учения о Вселенной как едином целом. Нелегко было подняться на такую научную вершину: для этого потребовалось вступить в дискуссию и поколебать позиции гениального Альберта Эйнштейна. Великий ученый и молодой профессор из Петрограда никогда не встречались. Они скрестили оружие на страницах престижного научного журнала «Zeitschrift fur Physik» («Вестник физики»). Точнее, они встретились на бескрайних просторах Вселенной. И на этом глобальном ристалище случилось чудо: победу одержал малоизвестный А. Фридман – и великий Эйнштейн благородно признал его правоту. Кто еще может похвастаться таким успехом!
А. Фридмана нельзя отнести к категории «забытых ученых». Статьи о нем имеются во всех русских и большинстве зарубежных энциклопедий, в которых он характеризуется как выдающийся физик и математик. В массовой научно-популярной литературе Фридман упоминается редко. Еврейские энциклопедические издания, как правило, «забывали» о Фридмане, и лишь «Российская еврейская энциклопедия» 1997 года поместила информацию об этом замечательном ученом, да и то почему-то в статье об отце А. Фридмане, малоизвестном музыкальном деятеле.
Александр Александрович Фридман родился 17 (29) июня 1888 году в Санкт-Петербурге. В 1910 году закончил физико-математический факультет столичного университета и был оставлен при кафедре математики. Начинается его педагогическая и научная деятельность. Он читает лекции по высшей математике, работает в аэрологической обсерватории. С началом Первой мировой войны А. Фридман вступает в добровольческий авиаотряд, ведет занятия в авиационной школе, организовывает армейскую аэронавигационную службу. В 1916 году возглавляет центральную аэронавигационную и аэрологическую службу фронта. Во всех своих начинаниях он проявил блестящие инженерные способности и качества выдающегося организатора. В 1917 году Фридман принял активнейшее участие в строительстве московского авиационного завода и вскоре стал его директором.
Год спустя он отправляется в Пермь для оказания научной помощи местному университету, работает там профессором и заместителем ректора, создает ряд технологических отделений. Пермский университет становится крупным центром высшего технического образования. С 1920 года Фридман – профессор петроградского университета, работает в главной геофизической обсерватории, а в 1925 году возглавляет ее. Еще в 1906 году восемнадцатилетним юношей он вместе с прославившимся вскоре математиком Я. Тамаркиным выполнил работу по теории чисел, увидевшую свет на страницах немецкого журнала «Математические анналы».
Сразу после создания А. Эйнштейном общей теории относительности А. Фридман проявил глубочайший интерес к этому великому открытию, особенно к «мировым уравнениям», введенным Эйнштейном. На базе решения этих уравнений Эйнштейн пытался определить геометрические свойства Вселенной. В частности, он допускал тезис о том, что мир имеет форму цилиндра. Эйнштейн также пришел к выводу, что при определенных условиях Вселенная пространственно ограничена. Естественно, такое серьезное и весьма неожиданное утверждение, поразившее современников, не могло быть однозначно принято всеми. Появились критические выступления, которые не были достаточно убедительными: для того чтобы опровергнуть Эйнштейна, требовался научный заряд необычайной силы. И вот такой «заряд» взорвался: в 1922 году в журнале «Известия физики» появилась статья «О кривизне пространства мира». Автор подверг концепцию Эйнштейна глубоко обоснованной и весьма существенной критике. Он показал, что «мировые уравнения» Эйнштейна ни при каких условиях не могут быть однозначными и с помощью этих уравнений нельзя дать определенный ответ на вопросы о форме (если это слово вообще применимо) Вселенной и ее конечности или бесконечности.
Далее автор рассматривал вопрос о радиусе кривизны пространства. Эйнштейн, излагая свою теорию, считал этот радиус величиной постоянной. Никому не известный автор статьи заявлял: радиус кривизны пространства изменяется во времени, и при этом условии возникает возможность нестационарных решений «мировых уравнений». Автор предлагал три варианта таких решений и, соответственно, выстраивал три возможные модели Вселенной. Две из них – с монотонным увеличением радиуса кривизны, причем одна из первых двух допускает расширение Вселенной из некой точки, а вторая предполагает расширение из массы, имеющей конечные размеры. Третья же модель представляет собою пульсирующую Вселенную, радиус которой изменяется с определенной периодичностью. Автор признавал бесконечность Вселенной, ее пространства и массы.
глубоко обоснованной и весьма
существенной критике.
Эта полемическая статья была прислана из Петрограда, под ней стояла подпись – Александр Фридман. Имя это мало что говорило даже специалистам. Однако Эйнштейн внимательно отнесся к новому взгляду, отвергавшему его утверждения. В одиннадцатом выпуске того же журнала он опубликовал статью «Замечания к работе Фридмана “О кривизне пространства”», в которой отстаивал свои позиции. Но прошло некоторое время, и в шестнадцатом выпуске журнала появилась новая публикация Эйнштейна на ту же тему, в которой он признавал свою ошибку и, соответственно, правоту Фридмана. Так завершился научный спор Эйнштейна – Фридмана.
Интересно отметить одно обстоятельство, весьма характерное для Эйнштейна: несмотря на поражение великий физик счел необходимым увековечить имя оппонента в своих сочинениях. Во всех последовавших изданиях знаменитой книги «Сущность теории относительности» Эйнштейн специально подчеркивал: «Его (Фридмана. – А.Ч.) результат затем получил неожиданное подтверждение в открытом Хабблом расширении звездной системы... Последующее представляет не что иное, как изложение идеи Фридмана... Не вызывает поэтому никаких сомнений, что это наиболее общая схема, дающая решение космологической проблемы».
Окончание полемики с Эйнштейном, столь благоприятное для Фридмана, стимулировало его дальнейшие работы в области космологии. Они сыграли основополагающую роль в становлении этой науки. Всеобщее научное признание модели нестационарной Вселенной, разработанной Фридманом, произошло после утверждения открытия американским астрономом Э. Хабблом так называемого красного смещения – иными словами, смещения линий в сторону красной части спектра источника. Красное смещение происходит, когда расстояние между источником излучения и наблюдателем увеличивается. Это свидетельствует о процессе расширения Вселенной – наблюдается эффект «разбегания» Галактик во всех направлениях. В свою очередь, этот эффект подтверждает верность предположения о нестационарной модели Вселенной.
Вскоре после смерти Фридмана бельгийский аббат Ж. Леметр (впоследствии первый президент Папской академии наук), опираясь на его идеи, создал свою концепцию возникновения Вселенной в некий определенный момент из одного «атома-отца» – теорию «Большого взрыва» («Big-Bang»). Она получила поддержку в работах крупнейшего астрофизика А. Эддингтона. В настоящее время эту модель все чаще называют моделью Фридмана-Леметра. В годы советской власти теория эта была объявлена идеалистической. «Интересно, что в сталинские времена, – пишет директор Института теоретической физики им. Ландау Российской академии наук В. Захаров, – с этой теорией боролись беспощадно, и те, кто ее проповедовал, могли спокойно угодить в тюрьму. Эта теория была абсолютно запрещена, поскольку последовательный атеизм, который был религией того времени, совместим только с идеей бесконечного времени, бесконечной повторяемости всего».
Нас, отделенных от времени Фридмана десятками лет, поражает исключительная широта научных интересов этого замечательного человека. Образно выражаясь, он как бы выискивал пустые пространства науки, чтобы заполнить их. Все работы Фридмана отмечены печатью выдающегося интеллекта, отличаются высоким уровнем новизны, блестящим математическим талантом, убедительностью доказательств, ясностью изложения. В области теории относительности он совместно с В. Фредериксом готовил фундаментальные труды, но успел опубликовать лишь первый том из пяти намеченных – «Основы теории относительности». Большой интерес представляет книга Фридмана «Мир как пространство и время» (1923) – талантливая популяризация теории относительности.
Другое направление научной деятельности Фридмана – гидромеханика и гидродинамика. В капитальном труде «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости» (1922, 1934, 1963) автор изложил исчерпывающую теорию вихревого движения в жидкости, проблемы возможных движений сжимаемой жидкости при воздействии на нее определенных сил, исследовал кинематические свойства сжимаемой жидкости.
Динамическая метеорология – еще одно направление работ Фридмана. Его труды в этой области носят основополагающий характер. В работах по теории атмосферных вихрей выведено уравнение для определения скорости вихря. Изучены вертикальные атмосферные течения, установлены закономерности изменения температур на различных высотах – заложены основы теории изучения погоды и ее прогнозирования. Фридман создал основы статистической теории турбулентности. Он внес также весомый вклад в теорию и практику воздухоплавания: в 1925 году совершил рекордный полет на аэростате, достигнув высоты 7400 метров. Для всей деятельности А. Фридмана характерно стремление довести до конца результаты исследований, от теории – к практике.
Точную оценку Фридмана как ученого дала его жена Екатерина Фридман: «Умение всматриваться в глубину, широким взмахом, ясно, кратко изложить, применить к практике или оставить в виде новой теории, осветить со всех сторон и дать новый толчок мысли – таковы были характерные особенности его работы, а его творческая мысль проникала во все закоулки накопленных им знаний и освещала их ярким светом его дисциплинированного ума и творческой фантазии».
16 сентября 1925 года А.А. Фридман скончался в расцвете сил от брюшного тифа. Ему было всего 37 лет. Смерть ученого вызвала поток некрологов в научных журналах России и других стран. Среди авторов этих поминальных статей – великий математик В. Стеклов, крупнейший механик, специалист в области теоретических основ ракетной техники И. Мещерский и многие другие. В 1931 году А. Фридман посмертно удостоен высшей советской награды за научную деятельность. А поэтическое пожелание Леонида Мартынова сбылось лишь отчасти: если и не звезда, то один из объектов на Луне назван именем Александра Фридмана.
В оформлении использована картина А. Тышлера «Серия космос». 1970 год.
Ежемесячный литературно-публицистический журнал и издательство.
Фридман Александр Александрович - советский учёный, один из создателей современной динамической метеорологии. Родился 17 июня 1888 года в Санкт-Петербурге. В 1906 году Александр Фридман окончил с золотой медалью 2-ю Санкт-Петербургскую гимназию и поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. В том же году 18-летний Александр опубликовал свою первую математическую работу в одном из ведущих научных журналов Германии "Математические анналы" ("Mathematische Annalen"). В 1910 году окончил Петербургский университет и был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики для подготовки к профессорскому званию.
До весны 1913 года Фридман занимался математикой - руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения (1910-1914), читал лекции в Горном институте (1912-1914). А весной 1913 года, после сдачи магистерских экзаменов, он поступил на работу в Аэрологическую обсерваторию Российской Академии наук в Павловске под Петербургом и стал заниматься изучением способов наблюдения атмосферы, динамической метеорологией.
Когда началась Первая мировая война, Александр Александрович вступил в добровольческий авиационный отряд. Он занимался организацией аэрологических наблюдений и созданием специальной аэрологической службы на Северном и Юго-Западном фронтах, лично участвовал в разведывательных операциях, научившись управлять аэропланом. Позже Фридмана пригласили преподавать в школе авиаторов в Киеве. С 1917 года он читал лекции в Киевском университете, затем переехал в Москву и оттуда - в Петроград.
13 апреля 1918 года Александр Александрович был избран на должность экстраординарного профессора кафедры механики Пермского университета. Из-за нехватки преподавателей ему пришлось читать курсы дифференциальной геометрии и физики. Глубокое изучение этих дисциплин вскоре помогло Фридману приблизиться к открытию своей жизни - теории расширения Вселенной.
В мае 1920 года Александр Фридман берет академический отпуск и уезжает в Петроград. С 1920-1925 гг. - старший физик, заведующий математическим бюро, директор ГФО (г. С.-Петербург), профессор ряда вузов Санкт-Петербурга (университета, института инженеров путей сообщения, политехнического института, морской академии).
Научная деятельность Фридмана была сосредоточена главным образом в области теоретической метеорологии и гидродинамики. Он занимался также вопросами приложения теории физических процессов в атмосфере к воздухоплаванию. Очень много сил им было отдано поиску закономерностей процессов в земной атмосфере, которые делают погоду. Полученные им в 1922–1924 первые нестатические решения уравнений Эйнштейна при исследовании релятивистских моделей Вселенной положили начало развитию теории нестационарной Вселенной. Ученый исследовал нестационарные однородные изотропные модели с пространством положительной кривизны, заполненным пылевидной материей (с нулевым давлением). Фридман выяснил типы поведения таких моделей, допускаемые уравнениями тяготения, причем модель стационарной Вселенной Эйнштейна оказалась частным случаем. Опроверг мнение о том, что общая теория относительности требует допущения конечности пространства. Результаты Фридмана продемонстрировали, что уравнения Эйнштейна не приводят к единственной модели Вселенной, какой бы ни была космологическая постоянная. Из модели однородной изотропной Вселенной следует, что при ее расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию. Это было подтверждено в 1929 Э.П. Хаббом на основании астрономических наблюдений: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра.
Александр Фридман родился в 1959 году в Риге. Образование Фридман получал в Рижском политехническом институте, специализируясь в автоматике и вычислиельной технике. Так, получив профессию инженера-наладчика, Александр принялся работать, а с 1988-го он попал в так называемое кооперативное движение, основав собственную фирму.
Позднее в одном из своих интервью Фридман рассказал, что специально консалтингом он никогда не интересовался, однако когда в компании, где он работал, возникали трудности, он почти всегда находил правильное решение. Позднее Александр начал помогать своим друзьям и знакомым, и вскоре он был почти уверен, что изобрел новый вид деятельности. Удивлению Фридмана не было предела, когда он выяснил, что сфера эта – а это был консалтинг – была открыта еще в 19 веке. Так, легко отказавшись от первенства открытия нового бизнеса, Фридман все же решил изучать новую науку. Очень скоро он определился и с наиболее близким ему направлением – им оказалось антикризисное консультирование. Примечательно, что даже от своей основной профессии Фридман далеко не отошел – являясь наладчиком, он продолжал эту же по сути деятельность, "налаживая" теперь несколько другие объекты. Собственно консалтингом он начал заниматься с 1993 года.
Вообще, Фридман последовательно прошел несколько курсов повышения квалификации, в том числе учился и в Германии (Germany), Франции (France) и Польше (Poland). Впоследствии его основным направлением в консалтинге стало Управление комплексным развитием организации (Organizational Development).
К настоящему моменту Александр Фридман организовал уже более 100 собственных проектов; работает он в таких сегментах бизнеса, как Производство, Банки и финансы, Сетевая розница и розничная торговля, Страхование и в нескольких прочих направлениях.
Среди клиентов Фридмана - "Норильский Никель", "РОСНО", "Салым Петролеум", ОАО "Группа Илим", "Лукойл Оверсиз Сервис", "SAVAGE", "МИР КНИГИ", "АБАМЕТ", "UPS - Россия", "AСКOН", "ACCORD POST", "Корпорация ЮГРАНЕФТЬ", "АВТОВАЗ", "Аэронавигация Севера Сибири", "Южно-Уральские Технические Системы Управления", "Кофе Хаус", "МУЗТОРГ" "ЭКСТРОБАНК", "МДМ – Банк", "DIATEK", "CD COM" и многие другие.
"Я не претендую на новаторство, а также не отвергаю все прочие системы, концепции и труды. Благо, в менеджменте до сих пор нет единой азбуки, трёх законов Ньютона или, скажем, таблицы Менделеева, - говорит Александр. - По мере консультирования и проведения семинаров, тренингов и коучинга я развивал свою систему. Опорными точками служила как прямая реакция учеников, так и внедрение проектов по оптимизации систем корпоративного управления. Мне всегда было интересно – да простят меня мои клиенты - практическое применение сформулированных мною принципов".
Мир не до конца досоздан: небеса всегда в обновах, астрономы к старым звездам вечно добавляют новых. Если бы открыл звезду я – я ее назвал бы Фридман – лучше средства не найду я сделать все яснее видным.
Фридман! До сих пор он житель лишь немногих книжных полок – математики любитель, молодой метеоролог и военный авиатор на германском фронте где-то, а поздней – организатор Пермского университета на заре советской власти. Член Осоавиахима. Тиф схватив в Крыму, к несчастью, не вернулся он из Крыма. Умер. И о нем забыли. Только через четверть века вспомнили про человека, вроде как бы оживили: «Молод, дерзновенья полон, мыслил он не безыдейно. Факт, что в кое-чем пошел он дальше самого Эйнштейна: чуя форм непостоянство в этом мире-урагане, видел в кривизне пространства он галактик разбеганье». – «Расширение Вселенной? В этом надо разобраться!»
Начинают пререкаться.
Но ведь факт и – несомненный: этот Фридман был ученым с будущим весьма завидным. О, блесни над небосклоном новою звездою, Фридман!
Некоторые неточности нисколько не портят стихов Леонида Мартынова, посвященных математику, физику, метеорологу Александру Александровичу Фридман, успевшему, несмотря на короткую жизнь, оставить заметный след в мировой науке.
Академик П. Л. Капица утверждал, что Фридман был одним из лучших русских ученых. «Если бы не смерть от брюшного тифа в возрасте 37 лет… безусловно, он сделал бы еще многое в физике и математике и достиг бы высших академических званий. В молодом возрасте он был уже профессором, обладал мировой известностью среди специалистов по теории относительности и метеорологии. В 20-х годах, находясь в Ленинграде, я нередко слышал отзывы о Фридмане, как о выдающемся ученом, от профессоров Круткова, Фредерикса, Бурсиана».
Еще гимназистом Фридман (вместе с Я. Д. Тумаркиным) опубликовал две небольшие статьи по теории чисел. Обе получили одобрительный отзыв знаменитого математика Д. Гильберта. Вдова Фридмана писала: «…В детстве для него было придумано самое строгое наказание, усмирявшее его непокорный нрав: его оставляли без урока арифметики, и таким он остался на всю жизнь. Еще студентом он опубликовал несколько математических исследований; одно из них было отмечено получением Золотой медали от физико-математического факультета». Вдова имела ввиду работу, посвященную теории чисел – опять выполненную с Тумаркиным.
В 1910 году Фридман окончил Петербургский университет и был оставлен при кафедре математики для подготовки к профессорскому званию. Одновременно он вел занятия по высшей математике в Институте путей сообщения и в Горном институте. Многие годы Фридман поддерживал доверительные отношения со своим учителем академиком Стекловым. Переписка ученых имеет несомненную ценность, поскольку позволяет не только увидеть их интересы, но и понять атмосферу, царившую в математике той эпохи.
«Многоуважаемый Владимир Андреевич, – писал в 1911 году Фридман, – пришлось мне вспомнить изречение, о котором Вы говорили этой весной: „Поступай как знаешь, – все равно жалеть будешь“.
Дело в том, что я решил жениться.
Я уже говорил Вам в общих чертах о своей невесте. Она учится на курсах (математичка); зовут ее Екатерина Петровна Дорофеева; немного старше меня; думаю, что женитьба не отразится на занятиях неблагоприятно…»
В том же письме Фридман сообщал:
«…Занятия наши с Як. Дав. (с Яковом Давидовичем Тамаркиным, учеником В. А. Стеклова и другом Фридмана) идут, как кажется, довольно благоприятно. Они, конечно, состоят исключительно из чтения рекомендованных Вами курсов и статей для магистерского экзамена. Мы кончили уже гидродинамику и приступаем к изучению теории упругости. Есть у нас несколько вопросов, но их лучше выяснить при встрече с Вами».
В 1913 году Фридман сдал экзамены на степень магистра чистой и прикладной математики. Заинтересовавшись математической аэрологией, устроился в Аэрологическую обсерваторию в городе Павловске, но в конце лета 1914 года началась первая мировая война. Фридман вступил добровольцем в авиационный отряд, действовавший на Северном фронте. Начав с рядового, быстро дослужился до ефрейтора, а летом 1915 года получил первый офицерский чин – прапорщика. Фридман не только наладил аэронавигационную и аэрологическую службу на Северном фронте, но и сам в качестве летчика-наблюдателя не раз принимал участие в боевых вылетах.
«…Моя жизнь течет достаточно ровно, – писал он Стеклову 5 февраля 1915 года, – если не считать таких случайностей, как: разрыв шрапнели в 20 шагах, разрыв взрывателя австрийской бомбы в полушаге, окончившийся для меня почти благополучно, и падения на лицо и голову, кончившегося разрывом верхней губы и головными болями. Но, конечно, ко всему этому привыкаешь, особенно, когда кругом видишь вещи, в тысячу раз более тяжелые…»
После Октябрьской революции Фридман вернулся к преподаванию.
В 1918 году ему предоставили место экстраординарного профессора при кафедре теоретической математики молодого Пермского университета.
В Пермском университете Фридман преподавал два года.
Только в 1920 году он вернулся в Петроград.
В голодной, холодной столице молодой ученый устроился в Главную физическую обсерваторию. Одновременно он читал лекции сразу в нескольких вузах, в том числе в Петроградском университете. В 1922 году Фридман вывел общее уравнение для определения вихря скорости, позже получившее фундаментальное значение в теории прогноза погоды. В Военно-морской академии прочел курс лекций «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости», решив сложную задачу о движении жидкости или газа с очень большими скоростями, когда жидкость или газ принципиально нельзя считать идеальными и надо учитывать их сжимаемость. В те же годы, совместно с Л. В. Келлером, указал систему характеристик структуры турбулентного потока и построил замкнутую систему уравнений, связав пульсации скорости и давления в двух точках потока в разные моменты времени. В 1925 году с научно-исследовательскими целями поднялся на аэростате с известным советским стратонавтом П. Федосеенко на рекордную для того времени высоту – 7,4 километра.
Особое внимание обратили на себя две небольшие работы Фридмана по космологии – «О кривизне пространства» (1922), и «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной» (1924), опубликованные в берлинском физическом журнале. В этих работах Фридман показал, что геометрические свойства Вселенной в больших масштабах должны резко меняться со временем, то есть, все такие изменения должны носить характер «расширения» или «сжатия». Через несколько лет американский астроном Хаббл действительно обнаружил эффект разбегания галактик – следствие расширения Вселенной.
До работ Фридмана вера в статичную Вселенную была столь велика, что даже Эйнштейн, разрабатывая общую теорию относительности, ввел в свои уравнения так называемую космологическую постоянную – некую «антигравитационную» силу, которая, в отличие от других сил, не порождалась каким-либо физическим источником, а была заложена в саму структуру пространства-времени.
18 сентября 1922 года Эйнштейн опубликовал «Замечание к работе А. Фридмана „О кривизне пространства“. Резюме этого замечания гласило: „…Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными“. Однако уже 31 мая 1923 года, разобравшись в работе русского ученого, Эйнштейн поспешил объявить: „…В предыдущей заметке я подверг критике работу Фридмана. Однако моя критика, как я убедился… основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными“.
Фридман доказал, что вещество Вселенной совсем не обязательно должно находиться в покое. Вселенная не может быть стационарной, считал он. Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.
Утверждая это, Фридман исходил из двух предположений.
Во-первых, указывал он, Вселенная везде выглядит абсолютно одинаково, в каком бы направлении ее ни наблюдать, а, во-вторых, это утверждение всегда остается в силе, с какого бы места мы ни наблюдали Вселенную.
Рассмотренные Фридманом модели говорили о том, что в какой-то момент времени в прошлом, естественно – космическом времени, то есть отдаленном от нас миллиардами и миллиардами лет (время, которое человеческий мозг затрудняется воспринимать, как нечто реальное), расстояние между всеми галактиками должно было равняться нулю. В этот момент (его принято называть Большим взрывом) плотность Вселенной и кривизна пространства должны были быть бесконечными. Поскольку математики не умеют реально обращаться с бесконечно большими величинами, это означало, что, согласно общей теории относительности, во Вселенной должна была существовать точка, в которой никакие законы самой этой теории не могли быть применимы.
Такая точка названа сингулярной.
Анализируя понятие сингулярности, французский математик Леметр предложил назвать состояние столь высокой концентрации вещества «первичным атомом». Он писал: «Слово „атом“ следует здесь понимать в его первоначальном, греческом значении. Атом является чем-то настолько простым, что о нем ничего нельзя рассказать и нельзя поставить относительно него ни одного вопроса. Здесь мы имеем совершенно непостижимое начало. Лишь когда атом распался на большое количество фрагментов, заполняя пространство небольшого, но не равного точно нулю радиуса, физические понятия начали приобретать значения».
Работы Фридмана вызвали массу волнений в стане физиков.
Мысль о том, что у времени было когда-то начало, многим не понравилась, писал американский астрофизик Хокинг. А не понравилась эта мысль именно тем, что в ней проглядывал какой-то, пусть и неясный, намек на вмешательство божественных сил. Не случайно, за модель Большого взрыва ухватилась католическая церковь. В 1951 году папа римский официально возгласил, что модель Большого взрыва вполне согласуется с Библией.
Космолог У. Боннор так прокомментировал указанный факт:
«Некоторые ученые отождествляли сингулярность с Богом и думали, что в этот момент родилась Вселенная. Мне кажется в высшей степени неуместным заставлять Бога решать наши научные проблемы. В науке нет места подобному сверхъестественному вмешательству. А тот, кто верит в Бога и связывает с ним сингулярность в дифференциальных уравнениях, рискует потерять нужду в нем, когда улучшится математика».
«Точка зрения, которой я придерживаюсь, состоит в том, что Вселенная имеет неограниченное прошлое и будущее. Это может показаться столь же загадочным, как и предположение о конечности ее истории. Однако в научном плане эта точка зрения является методологическим основоположением, и никак не иначе. Наука не должна произвольно принимать гипотезы, которые ограничивают сферу ее исследований».
«Иногда говорят, – писал академик Капица, – что Фридман не очень-то верил в свою собственную теорию и относился к ней лишь как к математическому курьезу. Он будто бы говорил, что его дело – решать уравнения, а разбираться в физическом смысле решений должны другие специалисты – физики. Это ироническое высказывание о своих трудах остроумного человека не может изменить нашу высокую оценку его открытия. Даже если Фридман не был уверен в том, что расширение Вселенной, вытекающее из его математических выкладок, существует в природе, это никоим образом не умаляет его научной заслуги. Вспомним, например, теоретическое предсказание Дираком позитрона. Дирак тоже не верил в реальное существование позитрона и относился к своим расчетам как к чисто математическому достижению, удобному для описания некоторых процессов. Но позитрон был открыт, и Дирак, сам того не предполагая, оказался пророком. Никто не пытается преуменьшить его вклад в науку из-за того, что он сам не верил в свое пророчество».
В некрологе, написанном вдовой Фридмана, было сказано:
«Excelsior (выше) – было девизом его жизни.
Его мучила жажда знаний.
Избрав механику, этот рай математических наук (по словам Леонардо да Винчи), он не смог ограничиться ею и искал и находил новые отрасли, изучал глубоко, детально и вечно мучился от недостаточности своих знаний. «Нет, я невежда, я ничего не знаю, надо еще меньше спать, ничем посторонним не заниматься, так как вся эта так называемая жизнь – сплошная потеря времени». Он мучил себя сознательно, так как видел, что ему не хватает времени обнять взором те широкие горизонты, которые открывались ему при изучении новой науки. Всегда готовый скромно учиться у всякого, кто знал больше него, он сознавал, что в своем творчестве идет новыми путями, трудными, никем еще не исследованными, и любил приводить слова Данте: «Вод, в которые я вступаю, не пересекал еще никто».
В 1931 году, уже посмертно, исследования Фридмана были отмечены Премией им. В. И. Ленина.
| |
