> > Александр Фридман
Биография Александра Фридмана (1888-1925 гг.)
Краткая биография:
Образование : Петербургский университет
Место рождения : Санкт-Петербург,Российская империя
Место смерти : Ленинград, РСФСР, СССР
– советский математик, создатель современной физической космологии: биография с фото, первая нестационарная модель Вселенной, Эйнштейн.
Александр Александрович Фридман родился в 1888 году 16 июня в семье двух супругов-студентов консерватории г. Санкт-Петербурга - будущего композитора Александра Александровича Фридмана (1866-1909) и будущей учительницы игры на фортепиано Людмилы Игнатьевны Фридман (1869-1953). В 9 лет (1897 г.) родители будущего ученого разошлись, после чего он остался на воспитание в новой отцовской семье. Также его воспитывал дед Александр Иванович Фридман (секретарь губернии и по совместительству лекарский помощник Придворного медокруга) (1839-1910) и тетка-пианистка Мария Александровна Фридман. С родной матерью А. Фридман начал общаться практически перед своей смертью.
Годы учебы проходили во 2-й гимназии Санкт-Петербурга. В это время, а также во время студенчества его увлечением была астрономия. В 1906 году Фридман совместно с одноклассником по имени Яков Тамаркин, публикуют в одном из передовых научных журналов «Математические анналы» («Mathematische Annalen») одну из первых работ по математике. В этом же году поступает на физико-математический факультет университета Петербурга на математическое отделение, которое закончил в 1910 году. К профессорской степени готовится здесь же на кафедре прикладной математики. В 1913 году является практическим руководителем занятий в Институте инженеров путей сообщения и занимается чтением лекций в Горном институте. В этом же году поступает в городе Павловске (под Петербургом) в Аэрологическую обсерваторию, где увлекается геофизической гидродинамикой (в то время динамической метеорологией). Весной 1914 его откомандировали в Лейпциг, где летом ему довелось летать на дирижабле, принимая активное участие в подготовке наблюдения затмения солнца в 1914 году в августе месяце.
Когда началась Первая мировая, Фридман отправился в авиаотряд в качестве добровольца. С 1914 по 1917 г.г. принимал активное участие в формировании аэрологической и аэронавигационной служб на нескольких фронтах, а также выступал в роли наблюдателя при боевых полетах.
Фридману принадлежит первенство в России в плане идеи о необходимости основания здесь авиаприборостроения. Эту идею ему удалось осуществить во времена военной разрухи и в июне 1917 г. он становится основателем и директором московского завода «Авиаприбор».
С 1918 по 1920 г. является профессором при Пермском университете. Затем сотрудник Главной физической обсерватории и одновременно преподаватель в нескольких учебных заведениях в г. Петрограде. В 1923 г. становится главным редактором «Журнала геофизики и метеорологии». Незадолго до своей кончины вступил в должность директора Главной геофизической обсерватории.
Свои главные работы А. А. Фридман посвятил теме проблем в динамической метеорологии - теориям нарушения целостности атмосферы, атмосферной порывистости и вихрей, а также турбулентности в атмосфере. Также известны его работы по темам гидродинамики сжимаемой жидкости, релятивистской космологии и физическим явлениям в атмосфере. Июль 1925 г. был ознаменован в его жизни научным полетом на аэростате в команде с пилотом П. Ф. Федосеенко, в ходе которого они достигли максимальной высоты на то время в 7400 м. После освоения математического аппарата теории гравитации Эйнштейна, читает в университете вводный курс к теории относительности по тензорному исчислению. С новой физикой широкую публику ознакомила его книга «Мир как пространство и время» (1923). Второе ее издание публикуют уже после смерти ученого в 1965 году.
С 1922 по 1924 г. в ходе научных исследований разрабатывает нестационарные решения уравнений Эйнштейна, что было основополагающим фактором теории непостоянности Вселенной (ее постоянного расширения). Ученым были проведены и другие исследования, в результате которых, он доказал, что модель статической Вселенной Эйнштейна является случаем частным. Также им было опровергнуто мнение общей теории относительности о том, что любое пространство имеет конец. Позднее его теория о постоянном расширении Вселенной была подтверждена в 1929 г. Эдвином Хабблом в результате астрономических наблюдений за спектральными линиями галактик.
В 1925 г. 16 сентября Фридман умирает в г. Ленинграде в результате заболевания брюшным тифом. Его останки покоятся на православном Смоленском кладбище.
Личная жизнь ученого также не отличалась постоянством и гармонией. Первый раз женился в 1911 г. на урожд. Дорофеева Екатерине Петровне Фридман. Второй женой в 1923 г. становится урожд. Малинина Наталья Евгеньевна Фридман (доктор физико-математических наук). Дата рождения их сына Александра Александровича Фридмана (1925-1983) пришлась на время после смерти отца.
По словам профессора Принстонского университета Игоря Клебанова, «если бы Фридман прожил немного больше - он непременно был бы удостоен Нобелевской премии. Ведь он был первым ученым, пришедшим к варианту решения уравнения общей теории относительности для Вселенной, которая постоянно растет и расширяется». Ныне современными учеными был проведен ряд научных экспериментов, результаты которых подтвердили правильность его решения.
Фридман Александр Александрович
Родился: 4 (16) июня 1888 года.
Умер: 16 сентября 1925 (37 лет) года.
Биография
Александр Александрович Фридман (4 (16) июня 1888, Санкт-Петербург - 16 сентября 1925, Ленинград) - выдающийся российский и советский математик, физик и геофизик, создатель теории нестационарной Вселенной, проректор (1919-1920), декан физико-математического факультета (1919) Пермского университета. Сын композитора А. А. Фридмана.
Родился 16 июня 1888 года в Санкт-Петербурге в семье выпускника Санкт-Петербургской консерватории (в ту пору студента и артиста балетной труппы), композитора Александра Александровича Фридмана (1866-1909) и преподавателя игры на фортепиано (в ту пору тоже студентки консерватории) Людмилы Игнатьевны Фридман (урожд. Воячек, 1869-1953). Дед по материнской линии, Игнатий Каспарович Воячек (1825-1916), состоял органистом и дирижёром Императорского Мариинского театра. В 1897 году, когда будущему учёному было 9 лет, родители расстались и в дальнейшем он воспитывался в новой семье отца, а также в семьях деда - лекарского помощника Придворного медицинского округа и губернского секретаря Александра Ивановича Фридмана (1839-1910) и тёти, пианистки Марии Александровны Фридман (с матерью А. А. Фридман возобновил отношения лишь незадолго до кончины).
Учился во 2-й Санкт-Петербургской гимназии. В гимназические и студенческие годы увлекался астрономией. В октябре 1905 года Фридман вместе с одноклассником Яковом Тамаркиным отправил свою первую математическую работу в один из ведущих научных журналов Германии «Математические анналы» («Mathematische Annalen»); статья, посвящённая числам Бернулли, была опубликована в 1906 году. Во время революции 1905 года участвовал в политической деятельности, был членом ЦК Северной социал-демократической организации средних школ Петербурга, печатал на гектографе прокламации. Одноклассником (в гимназии, впоследствии и в университете и аспирантуре) и другом Фридмана был Я. Д. Тамаркин, в будущем известный математик, вице-президент Американского математического общества. На класс старше учился В. И. Смирнов, в будущем также математик, академик АН СССР, автор популярного пятитомного «Курса высшей математики».
Закончив гимназию с золотой медалью, Фридман в 1906 году поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета, который окончил в 1910 году. Был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики у проф. В. А. Стеклова для подготовки к профессорскому званию. До весны 1913 году Фридман занимался математикой, а также руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения, читал лекции в Горном институте. Фридман и Тамаркин, ещё будучи студентами, регулярно посещали занятия кружка новой теоретической физики, организованного в 1908 году недавно приехавшим из Германии П. С. Эренфестом, которого Фридман считал, как и Стеклова, одним из своих учителей.
В 1913 году поступил в Аэрологическую обсерваторию в Павловске под Петербургом и стал заниматься динамической метеорологией (теперь эту область науки называют геофизической гидродинамикой). Весной 1914 года был направлен в командировку в Лейпциг, где в это время жил известный норвежский метеоролог Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес (1862-1951), 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 участвовал в организации аэронавигационной и аэрологической службы на Северном и других фронтах, был лётчиком-испытателем, участвовал в боевых вылетах, бомбил Перемышль, проводил авиаразведку. Фридман - Георгиевский кавалер, был награждён золотым оружием и орденом Святого Владимира с мечами и бантом. Он составляет таблицы для прицельного бомбометания и проверяет их в бою.
В 1916-1917 годах прапорщик Фридман находится в Киеве, преподаёт в Военной школе лётчиков-наблюдателей, читая курсы аэронавигации и аэронавигационных приборов, а также заведует Центральной аэронавигационной станцией. Он организует метеослужбу на фронте и ремонт авианавигационных приборов в частях действующей армии. Под началом Фридмана в авиационном отряде во Львове и Киеве служил Э. Пален, в будущем известный астроном.
В Киеве Фридман прочитал несколько пробных лекций в Университете св. Владимира, необходимых для получения звания приват-доцента, а также участвовал в деятельности Киевского физико-математического общества, став его действительным членом.
Фридман первым в России понял необходимость создания отечественного авиаприборостроения. В годы войны и разрухи он воплотил идею в жизнь, став создателем и первым директором завода «Авиаприбор» в Москве (июнь 1917 года).
С апреля 1918 года по 1920 год - профессор кафедры механики недавно организованного (сначала в качестве филиала Петроградского) Пермского университета.
С 15 августа по 30 сентября 1919 года Фридман - декан физико-математического факультета Пермского университета. В 1920 году он создаёт на факультете три отделения и два института (геофизический и механический).
С июля 1919 года по май 1920 года (одновременно с выполнением обязанностей декана) - проректор Пермского университета по хозчасти.
В июне 1918 года Фридман становится одним из организаторов Пермского физико-математического общества (куда входит ок. 60 человек), становится его секретарём и налаживает выпуск трудов общества. С весны до середины августа 1919 года был командирован в Екатеринбургскую магнитную и метеорологическую обсерваторию.
В мае 1920 года возвращается в Петроград. 12 июля 1920 становится преподавателем на кафедре математики и механики университета, работает в Главной физической обсерватории (с 1924 года - Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова), одновременно в качестве профессора кафедры прикладной аэродинамики преподаёт на только что открывшемся факультете воздушных сообщений Института инженеров путей сообщения. 2 августа 1920 года избирается профессором теоретической механики на физико-механическом факультете Петроградского политехнического института. Кроме того, Фридман был привлечён А. Н. Крыловым, начальником Морской академии, для преподавания в качестве адъюнкта по кафедре механики академии. Фридман также работает в Атомной комиссии Государственного оптического института, где рассчитывает модели многоэлектронных атомов и ведёт исследования по адиабатическим инвариантам.
С 1923 года - главный редактор «Журнала геофизики и метеорологии». С июля по сентябрь 1923 года Фридман был в загранкомандировке в Германии и Норвегии. Ещё одна поездка за границу, в Голландию и Германию, состоялась в апреле-мае 1924 года.
5 февраля 1925 года, незадолго до смерти Фридман был назначен директором Главной геофизической обсерватории.
В свадебном путешествии с молодой женой по Крыму в июле-августе 1925 года Фридман заразился тифом. Умер в Ленинграде от недиагностированного брюшного тифа вследствие неправильно проведённых лечебных процедур 16 сентября 1925 года. По предположению самого Фридмана, заразился тифом он, вероятно, съев немытую грушу, купленную на одной из железнодорожных станций по пути из Крыма в Ленинград. Похоронен на Смоленском православном кладбище.
По некоторым источникам в 1931 году Фридману была посмертно присуждена премия имени В. И. Ленина, достоверность этого оспаривается.
Научные достижения
Основные работы 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 научными целями совершил полёт на аэростате вместе с пилотом П. Ф. Федосеенко, достигнув рекордной по тому времени для СССР 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 году), познакомившая широкую публику с новой физикой.
Мировую известность Фридман получил, создав модели нестационарной вселенной, где он предсказал в частности расширение Вселенной. Полученные им в 1922-1924 годах при исследовании релятивистских моделей Вселенной нестационарные решения уравнений Эйнштейна положили начало развитию теории нестационарной Вселенной. Учёный исследовал нестационарные однородные изотропные модели с пространством сначала положительной, а затем и отрицательной кривизны, заполненным пылевидной материей (с нулевым давлением). Нестационарность рассмотренных моделей описывается зависимостью радиуса кривизны и плотности от времени, причём плотность изменяется обратно пропорционально кубу радиуса кривизны. Фридман выяснил типы поведения таких моделей, допускаемые уравнениями тяготения, причём модель стационарной Вселенной Эйнштейна оказалась частным случаем. Фридман, таким образом, опроверг мнение о том, что общая теория относительности требует 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 её расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию. Это было подтверждено в 1929 году Эдвином Хабблом на основании астрономических наблюдений: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра. Теория Фридмана вызвала изначально резкое неприятие со стороны Эйнштейна, однако позже Эйнштейн признал неправомерность своей модели Вселенной, назвав космологическую постоянную (введённую им в уравнения как средство для поддержания стационарности Вселенной) своей «самой большой научной ошибкой». Возможно, однако, что Эйнштейн ошибся именно в этом случае: в настоящее время обнаружена тёмная энергия, свойства которой могут быть описаны в модели с космологической постоянной Эйнштейна, хотя и без предполагавшейся стационарности.
Семья
Первая жена (с 1911 года) - Екатерина Петровна Фридман (урожд. Дорофеева).
Вторая жена (с 1923 года) - Наталья Евгеньевна Фридман (урожд. Малинина), впоследствии доктор физико-математических наук, директор Ленинградского отделения Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР. Их сын - Александр Александрович Фридман (1925-1983) - родился уже после смерти отца.
Избранные работы
Фридман А. А. О кривизне пространства. Z. Phys. 10 (1922), pp. 377-386.
Фридман А. А. Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости / Под ред., с прим. Н. Е. Кочина, с доп. ст. Б. И. Извекова, И. А. Кибеля, Н. Е. Кочина. - Л.; М.: ОНТИ Гос. техн.-теорет. изд-во, 1934. - 370 с.
Фридман А. А. Мир как пространство и время. Издание второе. - М.: Наука, 1965.
Фридман А. А. Избранные труды. Под редакцией Л. С. Полака. М.: Наука, 1966. Серия: Классики науки. Разделы сборника: гидромеханика сжимаемой жидкости; динамическая метеорология и физика атмосферы; релятивистская космология; письма; заметки; биография; библиография.
РАЗДВИГАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ
Весной 1922 года в престижном «Физическом журнале» «Zeitschrift
fur Physik» (а именно немецкие журналы в то время публиковали
последние новинки мировой науки) было напечатано обращение «К
немецким физикам!». Правление Германского физического общества
призывало коллег спасти русских физиков от многолетнего и жестокого
информационного голода: ведь с самого начала Первой мировой
войны в Россию практически не поступали научные журналы. Предлагалось
направлять публикации последних лет по указанному адресу. Впоследствии
их планировалось пересылать в Петроград.
В том же номере журнала - двумя десятками страниц ниже - была
опубликована статья, присланная из России. В ней шла речь об
общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Имя автора
- Александр Фридман - было немецким коллегам незнакомо.
Александр Фридман родился 16 июня 1888 года в Санкт-Петербурге
в семье артиста кордебалета Императорских Санкт-Петербургских
театров Александра Фридмана и пианистки, выпускницы консерватории
Людмилы Волчек.
С детства мальчик проявлял незаурядные способности к точным
наукам. Александр был еще гимназистом, когда его математическое
дарование привлекло внимание академика А. Маркова, который посоветовал
вундеркинду поступать на физмат, что тот, впрочем, и сам собирался
сделать.
В 1906 году Александр с золотой медалью окончил Вторую петербургскую
гимназию и стал студентом математического отделения физико-математического
факультета Петербургского университета. В эти годы в столицу
из Харькова перевелся профессор В. Стеклов - блестящий математик,
удивительно яркая личность, будущий академик и вице-президент
Российской академии наук. Его имя ныне носит Институт математики
РАН.
Именно Владимиру Андреевичу Стеклову суждено было стать Учителем
Александра Фридмана, его надежной защитой и опорой.
В 1910 году А. Фридман и его друг Я. Тамаркин по рекомендации
профессора Стеклова были оставлены после окончания университета
для подготовки к профессорскому званию. Учитель в своем ходатайстве
писал: «По своим способностям и трудолюбию оба эти лица равносильны
и уже в настоящее время производят впечатление молодых ученых,
а не студентов, только что окончивших университет».
В 1922 году Я. Тамаркин, товарищ и соавтор А. Фридмана по нескольким
статьям, нелегально уехал из Советской России, перебрался в
США и позже преподавал в Кембридже.
После сдачи магистерских экзаменов в 1913 году Фридман поступил
на работу в главную физическую обсерваторию, входившую в Российскую
Академию наук. Александр Александрович специализировался тогда
по аэрогидродинамике, и такое «распределение» оказалось как
нельзя кстати. Динамической метеорологией он занимался вдохновенно,
пытаясь описать математическим языком те хаотические процессы,
которые происходят в атмосфере. Погоду он описывал уравнениями
в частных производных.
Потом была стажировка в Лейпцигском университете.
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.
Чуть 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.
Война подорвала здоровье ученого. У него обнаружилась болезнь
сердца. Врачи не рекомендовали пациенту влажный петроградский
климат. И в ноябре 1917 года он подал заявление об участии в
конкурсе на должность профессора кафедры механики Пермского
университета. На одно место претендовали два человека: профессор
А. Лейбензон и приват-доцент университета Св. Владимира в Киеве,
А. Фридман. Университет обратился к В. Стеклову дать отзыв о
научной работе второго из претендентов. В Пермь ушла следующая
характеристика: «Следует отметить редкую работоспособность г.
Фридмана и общую эрудицию не только по вопросам чистой и прикладной
математики, но и во многих вопросах теоретической механики,
физики, метеорологии… Привлечение его в качестве преподавателя
механики в Пермском университете я считаю весьма желательным.
Университет найдет в нем достойного работника и научную силу».
13 апреля 1918 года Александр Александрович был избран на должность
экстраординарного профессора кафедры механики Пермского университета.
С этого дня кафедра фактически начала свою историю. Из-за нехватки
преподавателей тридцатилетнему профессору пришлось взять на
себя 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 Александрович взял академический отпуск
и уехал в Петроград. В декабре он сложил с себя обязанности
профессора механики Пермского университета окончательно. Питер
притягивал ученого, как магнит, несмотря на запреты врачей.
Фридману было необходимо общение с равными себе по интеллекту,
которого в Перми ему очень недоставало.
В Петрограде судьба свела Фридмана с Всеволодом Константиновичем
Фридериксом. Этого русского физика Первая мировая война застала
во вражеской державе - в Германии, и только заступничество выдающегося
математика Давида Гильберта спасло его от печальной участи.
Фридерикс был ассистентом Гильберта в Геттингенском университете
как раз в то время, когда туда то и дело наведывался Эйнштейн,
чтобы обсудить с Гильбертом основные положения создаваемой им
общей теории относительности (ОТО). Гильберт одним из первых
высоко оценил эйнштейновскую теорию гравитации, и Фридерикс
присутствовал при этом.
Серьезных публикаций по ОТО, взбудораживших весь физический
мир, в послереволюционной России не было. Вышло из печати лишь
несколько популярных брошюр на эту тему. Одна из них была написана
самим автором «теории века» - Альбертом Эйнштейном. Ее русский
перевод был издан в 1920 году в Берлине, и в предисловии к нему
великий ученый отмечал: «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».
Однако по популярному изложению даже самого Альберта Эйнштейна
овладеть общей теорией относительности было невозможно. Пробел
восполнил Фридерикс. В 1921 году в журнале «Успехи физических
наук» появилось его изложение ОТО. Эта статья очень помогла
Фридману в работе над собственной теорией.
Человечество многие века считало небо идеалом устойчивости и
гармонии, недостижимой на грешной Земле. И даже такой революционер
в науке, как Эйнштейн, отважившийся на фундаментальный пересмотр
вековых физических представлений о пространстве и времени, не
решился на отказ от убеждения в стационарности Вселенной. Фридман
же в своей работе «О кривизне пространства» дерзнул утверждать,
что эйнштейновская общая теория относительности представляет
собой весьма частный случай.
Первоначальное эйнштейновское решение космологической проблемы
уподобляло Вселенную маятнику, находящемуся в состоянии покоя.
С помощью ОТО великий физик рассчитал напряжение в «стержне
подвеса». Фридман же обнаружил, что подвешенный груз вовсе не
обязательно должен пребывать в покое, и с помощью уравнений
теории Эйнштейна рассчитал, каким именно должно быть движение.
Другими словами, сформулировав и исследовав космологическую
проблему в более общем случае, Александр Александрович установил,
что в рамках эйнштейновской теории она, по существу, неразрешима,
точнее, в концептуальных рамках последней можно получить множество
физически равноправных моделей-решений, что не позволяет сделать
однозначный теоретический выбор.
Фридман обнаружил, что изменения - это родовое свойство Вселенной.
По его словам, из постоянства и положительности кривизны ни
в коей мере не следует конечность «нашего физического, занятого
блистающими звездами пространства». По Фридману, эйнштейновские
уравнения поля в их первоначальной форме могут согласоваться
с космологическим принципом и предположением о конечной плотности
массы во Вселенной, только если пространство не является статическим.
Это была поистине революционная идея. Сам Эйнштейн принял ее
не сразу. Он попытался «найти» ошибку в вычислениях российского
коллеги. И «нашел». Однако, получив письмо от Фридмана, в котором
тот отстаивал свою правоту, Эйнштейн назвал результаты коллеги
«проливающими свет на космологическую проблему». Вот что он
писал в «Замечаниях к работе А. Фридмана «О кривизне пространства»
в 1922 году: «Результаты относительно нестационарного мира,
содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными.
В действительности оказывается, что указанное в ней решение
не удовлетворяют уравнениям поля». 31 мая 1923 года Эйнштейн
свое мнение изменил: «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».
Астрономы, однако, не обращали внимания на теорию Фридмана до
тех пор, пока Эдвин Хаббл не обнаружил экспериментально явление
расширения Вселенной и не вывел зависимость «скорость-расстояние».
Это случилось через семь лет после публикации работы российского
ученого, которая указывала на наличие подобной зависимости.
Самого Фридмана к тому времени уже не было в живых. Он умер
в 1925 году в возрасте 37 лет от брюшного тифа.
Спустя семь лет в дневнике В. Вернадского появилась такая запись:
«Разговор с Вериго о А. А. Фридмане. Рано погибший м. б. гениальный
ученый, его мне чрезвычайно высоко характеризовал Б.Б. Голицын
в 1915, и тогда я обратил на него внимание. А сейчас - в связи
с моей теперешней работой и идеей его о раздвигающейся, пульсирующей
Вселенной - я прочел то, что мне доступно. Ясная, глубокая мысль
широко образованного, Божьим даром охваченного человека. По
словам В., - его товарища и друга, - это была обаятельная личность,
прекрасный товарищ. Он с ним сошелся на фронте (Вериго в Киеве,
Фридман - авиатор в Гатчине). В начале большевистской власти
Фридман и Тамаркин, его приятель, но гораздо легковеснее его,
были прогнаны из Университета. Одно время Фридман хотел бежать
вместе с Т. Может быть, остался бы жив?»
Фридман был математиком, яркой звездой мелькнувшим на физическом
небосклоне. Выведенные им уравнения обратили плотность вещества
в бесконечность, радиус Вселенной - в ноль, а наш мир - в одну,
самую первую точку.
(
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.
| |
ФРИДМАН, АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ (1888–1925), русский и советский математик и геофизик, создатель теории нестационарной Вселенной. Родился 16 июня 1888 в Санкт-Петербурге. В школьные и студенческие годы увлекался астрономией. В 1906 опубликовал свою первую математическую работу в одном из ведущих научных журналов Германии «Математические анналы» («Mathematische Annalen»). В 1906 поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета, который окончил в 1910. Был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики для подготовки к профессорскому званию. До весны 1913 Фридман занимался математикой – руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения, читал лекции в Горном институте. В 1913 поступил в Аэрологическую обсерваторию в Павловске под Петербургом и стал заниматься динамической метеорологией (теперь эту область науки называют геофизической гидродинамикой). Весной 1914 был направлен в командировку в Лейпциг, где в это время жил известный норвежский метеоролог Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес (1862–1951), создатель теории фронтов в атмосфере. Летом того же года Фридман летал на дирижаблях, принимая участие в подготовке к наблюдению солнечного затмения в августе 1914.
С началом Первой мировой войны Фридман вступил добровольцем в авиационный отряд. В 1914–1917 участвовал в организации аэронавигационной и аэрологической службы на Северном и других фронтах. Участвовал в качестве наблюдателя в боевых вылетах.
В 1918–1920 – профессор Пермского университета. С 1920 работал в Главной физической обсерватории (с 1924 Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова), одновременно с 1920 преподавал в различных учебных заведениях Петрограда. С 1923 – главный редактор «Журнала геофизики и метеорологии». Незадолго до смерти был назначен директором Главной геофизической обсерватории.
Основные работы 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 с научными целями совершил полет 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 вышла в свет его книга Мир как пространство и время (переиздана в 1965), познакомившая широкую публику с новой физикой.
Фридман предсказал расширение Вселенной. 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). 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 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.