Владимир Лешковцев - 50 лет советской физики

Но в 1922 г. в фундаментальном немецком «Физическом журнале» появилась статья никому на Западе не известного советского физика А. Фридмана о новых решениях уравнений Эйнштейна. В этой работе, названной автором «О кривизне пространства», было показано, что основные уравнения общей теории относительности допускают еще два решения. И, как ни странно, оба они зависят от времени. Эти решения описывали необычную Вселенную, которая когда-то родилась! Фридман доказал, что вся Вселенная когда-то занимала ничтожный объем, в котором заключалась вещество всех известных нам, а также и не доступных нашим телескопам заезд и туманностей. Но вот произошел своеобразный взрыв и образованные им космические тела начали разлетаться в разные стороны, постепенно ускоряя свой бег. И с этого момента родившаяся Вселенная непрерывно как бы распухает, подобно надуваемому мыльному пузырю или воздушному шару.

По первому решению Фридмана это разбухание никогда не прекратится — Вселенная так и будет увеличивать свои размеры, а принадлежащие ей звезды, туманности, галактики будут непрерывно удаляться друг от друга. Впоследствии эту модель Вселенной стали называть «открытой моделью».

Но у Фридмана было и второе решение. Расширившись до определенных пределов, Вселенная начнет замедлять бег своих частей до тех пор, пока они не повернут обратно и не устремятся к первоначальному положению. Эту модель теперь называют «закрытой моделью».

Эти результаты казались настолько невероятными, что ни у кого не хватило смелости в них поверить. А тут еще сам Эйнштейн опубликовал короткую заметку о том, что в работе им обнаружены математические неточности и полученные Фридманом решения в действительности не удовлетворяют требованиям его основного уравнения, а потому лишены какого-либо смысла.

Пожалуй, это была единственная ошибка Альберта Эйнштейна, проникшая в печать. Вскоре он получил от Фридмана через физика Ю. А. Круткова письмо, в котором Фридман показал, где же ошибся Эйнштейн в оценке его работы.

И вот 13 мая 1923 г. Эйнштейн направил в «Физический журнал» письмо, озаглавленное «Заметка о работе А. Фридмана „О кривизне пространства“».

Эйнштейн писал: «В предыдущей заметке я критиковал названную работу. Однако мое возражение основывалось на вычислительной ошибке, — в чем я по совету господина Круткова убедился из письма господина Фридмана. Я считаю результаты господина Фридмана правильными и исчерпывающими. Оказывается, уравнения поля допускают для структуры пространства наряду со статическими решениями и динамические (т. е. изменяющиеся со временем) центрально-симметричные решения».

Так произошла сенсация.

Кто же такой Фридман? Что это за гений, который в голодном Петрограде сумел уйти дальше Эйнштейна в области самой модной и самой трудной физической теории?

Александр Александрович Фридман родился 17 июня 1888 г. в семье петербургского музыканта. В 1910 г. он окончил Петербургский университет а в 1914 г. ушел добровольцем на фронт, был военным летчиком и даже получил награду за отвагу — Георгиевский крест. Но эти полеты имели для А. А. Фридмана особое значение. В воздухе он проверял результаты своих расчетов, касающихся новой молодой науки — физики атмосферы, в которую ему удалось внести весьма существенный вклад. После войны он возглавил обсерваторию и направил свои силы на создание научной метеорологии. В это время метеорологи всего мира почти не пользовались строгими математическими методами и их прогнозы часто напоминали предсказания базарных гадалок. А. А. Фридман является одним из творцов современной теоретической метеорологии, которая использует весьма совершенный математический аппарат. И все это ему удается лишь потому, что по существу он был талантливейшим математиком. Действительно, ведь он — один из лучших учеников великого русского математика Стеклова, страстного поборника внедрения математических методов в различные области науки и техники.

Все лучшие свои работы А. А. Фридман создал в тяжелейшие годы гражданской войны, чудовищной разрухи и голода, в стране, окруженной врагами и отрезанной от остального научного мира. Какой талант, какую преданность науке и гражданское мужество надо было иметь, чтобы в таких невыносимых условиях прокладывать новые пути в науке!

Летом 1925 г. А. А. Фридман уехал на отдых в Крым, заболел там брюшным тифом и умер в возрасте 37 лет.

Дальнейшие события развивались так.

В 1929 г. опыт подтвердил справедливость решений Фридмана. В этом же году американский астроном Хаббл опубликовал результаты своих удивительных наблюдений. Изучая далекие галактики, он установил, что все они удаляются от нас. При этом испускаемый ими свет изменяет свою окраску — цвет его перемещается в красную область спектра тем сильнее, чем быстрее удаляется породившая его галактика. Это явление назвали «красным смещением».

Оказалось также, что чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от наших космических окрестностей. Мир, который мы видим в наши телескопы, непрерывно пухнет, расширяется, увеличивает свои размеры. Например, одна из наиболее далеких галактик, известная астрономам под номером ЗС295, удаляется от нас со скоростью, примерно равной 150 тысячам километров в секунду, а ведь это половина скорости света в пустоте.

Что же касается «конца» Метагалактики, ее гибели, предсказываемой одним из решений Фридмана, то на этот счет существует теперь полная ясность. Недавно два ученика знаменитого советского физика-теоретика академика Л. Д. Ландау — член-корреспондент Академии наук СССР Евгений Михайлович Лифшиц и профессор Исаак Маркович Халатников неопровержимо доказали, что наша Метагалактика никогда не погибнет.

Дело в том, что для решения основных уравнений гравитационного поля Фридману, как и Эйнштейну, пришлось сделать несколько предположений, в частности, что распределение космических масс вещества в среднем однородно во всей Вселенной. В каждом одинаковом объеме космического пространства заключено одинаковое количество материи. В иных условиях задача становилась необычайно трудной.

Эти трудности и удалось преодолеть Е. М. Лифшицу и И. М. Халатникову. Они нашли более точное решение уравнений Эйнштейна, учитывающее реальное распределение космических масс в нашей Метагалактике. Оказалось, что она никогда не «съежится», как воздушный шарик, из которого выпустили воздух, и части ее никогда не вернутся в начальное состояние. Иными словами, мир, в котором мы живем, никогда не умрет. Наша Метагалактика оказалась «открытой» системой.

Существование атомных ядер и их огромная прочность возможны лишь потому, что внутри любого ядра действуют ядерные силы. Так как ядра включают в себя одноименно заряженные частицы — протоны, сближенные до расстояний порядка 10 −13 см , то, казалось бы, они должны немедленно разрушаться под влиянием громадного электростатического отталкивания протонов друг от друга. Но мы знаем, что этого не происходит. Только очень тяжелые ядра, стоящие в конце Периодической системы Менделеева, оказываются неустойчивыми и это приводит к радиоактивному распаду. Что же придает прочность атомным ядрам?