Александр Фридман

Новые идеи в науке, высказанные слишком рано, не встречают понимания у современников, а их творцы нередко объявляются еретиками или (в лучшем случае) мечтателями. Вклад автора революционной концепции осмысливается и оценивается не сразу и часто уже за пределами его жизненного пути. Такой оказалась судьба идей российского ученого Александра Фридмана (1888-1925). При жизни и много лет после смерти в нём видели только выдающегося математика, механика и геофизика, одного из основоположников теоретической метеорологии. И лишь недавно Фридмана оценили как выдающегося космолога, наиболее смелого интерпретатора общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, создателя теории нестационарной Вселенной.
Александр Александрович Фридман родился 17 июня 1888 г. в Санкт-Петербурге в семье музыкантов. Однако уже в детстве он обнаружил неодолимую тягу к иному проявлению гармонии мира — к гармонии чисел и величин, к математике. В Петербургском университете (1906- 1910 гг.) Фридман учился математике у академика Владимира Андреевича Стеклова и был оставлен при кафедре для подготовки к профессорскому званию.
Как и Стеклов, Фридман не был чистым математиком. В математике он прежде всего видел могучее средство изучения явлений природы. Сначала он обратился к метеорологии, надеясь использовать земную атмосферу как «гигантскую лабораторию природы для иллюстрации математических решений задач гидродинамики». Своим теоретическим выводам об атмосферных вихрях и течениях Фридман нашёл практическое применение — в аэронавигации. Когда началась Первая мировая война, Фридман добровольно ушёл на фронт. В частях русской армии он организовывал аэронавигационную и аэрологическую службы. С 1920 г. Фридман стал сотрудником Главной геофизической обсерватории, а в 1925 г. был назначен её директором. Был он также профессором Пермского университета, а затем учебных заведений Петрограда.
Жизнь Фридмана пришлась на эпоху научной революции в физике. Новая теория всемирного тяготения — общая теория относительности Эйнштейна (1916 г.) — ломала устоявшиеся представления о пространстве и времени, о бесконечности Вселенной.
Уже в начале 20-х гг. Фридман не только освоил непривычную теорию, но впервые по-новому разрешил наиболее трудную в ней — космологическую — проблему.
Первую такую попытку предпринял сам Эйнштейн в 1917 г. Он считал, что безграничная Вселенная замкнута на себя, пространственно конечна и стационарна во времени. Её радиус кривизны, по мнению основателя релятивизма, не должен был меняться. Приняв такой постулат, Эйнштейн, однако, столкнулся с проявлением «строптивости» со стороны своей новой теории. При решении мировых уравнений ему не удавалось получить устойчивую стационарную модель мира, пока он не ввёл в уравнения дополнительный «космологический член» Л (ламбда) — постоянную величину. Она имела необычный физический смысл силы отталкивания, призванной уравновесить взаимное тяготение масс Вселенной. В современной космологии эта сила воспринимается как «отрицательное давление». Однако, строго говоря, для её введения у Эйнштейна не было достаточных оснований.
Фридман первым отказался от постулата о стационарности Вселенной. Во имя стройности теории он пожертвовал тысячелетней философской традицией, представлявшей мир незыблемым и устойчивым. В 1922 г., заново проанализировав сложнейшую систему из десяти мировых уравнений, он пришёл к фундаментальному выводу: их решение ни при каких условиях не может быть единственным. Стало ясным, что релятивистская теория не может дать одного определённого ответа на вопрос о форме Вселенной, о её конечности или бесконечности в пространстве. На этом Фридман не остановился, он был захвачен небывалой перспективой, открывшейся перед космологией. Он увидел, как, решая мировые уравнения, можно получить пусть неоднозначный, но ответ на вопрос о том, что же может представлять собой Вселенная с точки зрения ОТО.
Постулат стационарности Вселенной Фридман заменил на несравненно более общие утверждения об однородности и изотропности (от греч. «изос» — «равный», «тропос» — «характер») Вселенной (о том, что во Вселенной нет ни выделенных областей, ни преимущественных направлений). Ещё в XV в. эти идеи ввёл немецкий философ Николай Кузанский. В результате Фридман нашёл новые, уже вполне определённые решения уравнений ОТО — в виде трёх возможных моделей нестационарной Вселенной. Каждая определялась принимаемым интервалом значений Л и знаком кривизны пространства.
Две модели с положительным Л описывали Вселенную с монотонно растущим радиусом кривизны. Вселенная оказывалась расширяющейся: в одном случае из точки, в другом — начиная с некоторого начального ненулевого объёма. Время расширения её до современного состояния
Фридман условно назвал «временем, прошедшим от сотворения мира», отметив, что «это время может быть бесконечным». Третья модель представляла «периодическую» Вселенную: радиус кривизны её пространства возрастал от нуля до некоторой величины за время, которое Фридман назвал «периодом мира», а затем опять уменьшался до нуля, Вселенная вновь сжималась в «точку» и т. д. Этот вариант очень напоминал идеи древнеиндийских философов. Эйнштейновская модель стационарной Вселенной, как показал Фридман, представляла собой лишь частный случай решения мировых уравнений ОТО.
Таким образом, Фридман отвергал общий вывод Эйнштейна о том, что ОТО обязательно приводит к конечности Вселенной.
Результаты были опубликованы Фридманом в 1922 г. в небольшой статье в ведущем немецком журнале по теоретической физике. Они сразу же вызвали резкую критику Эйнштейна, считавшего, что результаты российского учёного ошибочны. Однако Фридман нашёл ошибку в вычислениях Эйнштейна и направил великому оппоненту письмо. В том же журнале Эйнштейн признал правоту молодого теоретика и назвал его результаты проливающими новый свет на проблему. В 1924 г. во второй своей статье Фридман рассмотрел вопрос о возможности мира с постоянной отрицательной кривизной (мир, где сумма углов треугольника всегда меньше 180°).
В работе «Мир как пространство и время» (1923 г.) Фридман первым поднимает проблему происхождения мира и «возраста» нестационарной Вселенной: «Является возможность также говорить о сотворении мира из ничего, но всё это пока должно рассматриваться как курьёзные факты, не могущие быть солидно подтверждёнными недостаточным астрономическим экспериментальным материалом… Если всё же начать подсчитывать для курьёза время, прошедшее от момента, когда Вселенная создавалась из точки, до теперешнего её состояния, начать определять, следовательно, время, прошедшее от создания мира, то получатся числа в десятки миллиардов наших обычных лет».
В наши дни, когда возраст горячей Вселенной от момента Большого Взрыва оценивается в 12-15 млрд лет, можно лишь изумиться столь меткому попаданию Фридмана в цель.
История релятивистской космологии разворачивалась уже без Фридмана: не дожив до 38 лет, не дождавшись признания астрономов-космологов, для которых он был чистым математиком, учёный скончался в сентябре 1925 г. от тифа. Его имя в космологии было надолго забыто.
Первым справедливую оценку идей Фридмана в свете новых успехов науки дал Эйнштейн в 1945 г. в книге «Сущность теории относительности»: «Его (Фридмана — Прим.ред) результат затем получил неожиданное подтверждение в открытом Хабблом расширении звёздной системы… Последующее представляет не что иное, как изложение идеи Фридмана. …Не вызывает поэтому никаких сомнений, что это наиболее общая схема, дающая решение космологической проблемы».
Ещё до открытия Эдвина Хаббла молодой бельгийский физик аббат Жорж Леметр, не зная о работах Фридмана, выдвинул в 1927 г. на основе ОТО идею расширяющейся Вселенной. Своей теории он придал яркую религиозную окраску. Как следствие, релятивистская космология была зачислена официальной философией СССР в разряд «мракобесия и поповщины». Нестационарная Вселенная прочно воспринималась как «Вселенная Леметра», и лишь в 60-е гг. было вызвано из забвения имя родоначальника релятивистской космологии Фридмана. После открытия реликтового радиоизлучения — отголоска Большого Взрыва — теория нестационарной Вселенной Фридмана — Леметра вошла в разряд устоявшихся научных