100 великих научных достижений России

Несколько слов об авторе этой теории.

Несмотря на то что Фридман прожил всего 37 лет (он скончался от брюшного тифа в 1925 г.), Александр Александрович успел раскрыть в полную силу свой талант в нескольких науках. Собраны еще не все публикации математика, разбросанные в редких изданиях и малодоступных журналах, тем не менее главные сочинения Фридмана можно сгруппировать по трем областям знания.

Во-первых, это фундаментальные труды ученого по физике атмосферы и по динамической метеорологии (геофизической гидродинамике). Разработав теорию атмосферных вихрей и порывистости ветра, теорию разрывов непрерывности в атмосфере, теорию атмосферной турбулентности, исследовав вертикальные течения и изменения температуры с высотой, выведя общее уравнение для определения вихря скорости, Фридман заложил основы теории изучения погоды и ее прогнозирования. Многие теоретические выводы математика нашли практическое применение в аэронавигации.

В другом важном направлении научной деятельности – гидромеханике и гидродинамике ученый исследовал кинематические свойства движения и вихри в сжимаемой жидкости, определил условия возможных движений этой жидкости при воздействии на нее определенных сил, построил основы статистической теории турбулентности и стал одним из создателей новой теории, изложенной в работе «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости» (1922).

Практическая метеорология и гидротехника из абстрактных уравнений в частных производных Фридмана по сию пору черпает нужные ей сведения.

А.А. Фридман

И наконец, релятивистская космология. Устойчивый интерес к астрономии, проявленный Александром еще в школе, привел Фридмана к созданию космологической теории. Совмещая в начале 1920-х гг. работу в Главной физической обсерватории с преподаванием в ряде петроградских вузов, математик увлекся общей теорией относительности (ОТО), обнародованной А. Эйнштейном в 1915–1916 гг., – одной из многочисленных теорий гравитации.

Эйнштейн, базируясь на работах своих предшественников, начиная с неэвклидовой геометрии Н.И. Лобачевского, рассмотрел гравитацию как проявление искривления пространства-времени, то есть как некий геометрический эффект, и отождествил гравитационное поле (поле тяготения) с тензорным метрическим полем или метрикой четырехмерного пространства-времени. Свои уравнения физик распространил и на описание Вселенной.

Несмотря на ряд революционных идей, Эйнштейн был верен традиционному представлению о стационарности Вселенной. Для этого ученый специально внес в уравнения т. н. космологическую постоянную – «антигравитационную» силу, которой он наделил структуру пространства-времени. По мысли Эйнштейна, такой подход примирял непрерывное расширение пространства-времени (уравновешиваемое притяжением всей остальной материи) с вечностью и неизменностью Вселенной в пространстве и во времени. Однако получить стационарное решение уравнений ОТО Эйнштейну не удалось.

Фридман, став одним из первых апологетов и популяризаторов ОТО в нашей стране, тем не менее критически отнесся к идее стационарности Вселенной. Предположив, что Вселенная изотропна, то есть одинакова в любом из наблюдаемых направлений, даже в случае наблюдений «со стороны», ученый предложил нестационарное решение уравнений ОТО, согласно которому Вселенная расширяется. Основополагающий вывод новой концепции сводился к «началу времен» – к тому моменту, когда Вселенная имела ничтожно малый объем с бесконечной плотностью вещества. Тем самым Фридман доказал несостоятельность воззрений «отца» ОТО и использования им космологической постоянной. Поначалу Эйнштейн резко возражал против теории русского ученого, пытался найти в ней противоречия, но, в конце концов, вынужден был признать ее справедливость.

Интерпретаторы теории расширяющейся Вселенной любят уподоблять модель Фридмана с разбегающимися друг от друга галактиками с надуваемым шариком, на котором нанесены точки. При надувании отрезки между любыми двумя точками увеличиваются, хотя ни одна из точек и не является центром расширения. Чем больше расстояние между точками, тем быстрее они разбегаются.

Этот теоретический вывод был подтвержден в 1929 г. открытием американского ученого Э. Хаббла т. н. красного смещения света от отдаленных галактик, свидетельствующего об их удалении от нашей галактики со скоростью, которая пропорциональна их расстоянию от нас.

Астрофизик католический священник Ж. Леметр, не зная о работах Фридмана, объединил ОТО с данными Хаббла и также пришел к выводу, что Вселенная расширяется во времени из состояния «первичного атома», из состояния т. н. Большого взрыва. Нестационарная Вселенная до 1960-х гг. называлась именем бельгийского аббата, а после того, как из забвения было вызвано имя основоположника релятивистской космологии Фридмана, получила имя модели Фридмана – Леметра.

В 1946–1956 гг. ученик Фридмана советский и американский физик-теоретик Г.А. Гамов уточнил концепцию «Большого взрыва и расширяющейся Вселенной»: предложил модель «горячей Вселенной» и разработал теорию образования химических элементов путем последовательного нейтронного захвата – нуклеосинтеза. В рамках этой теории было предсказано существование фонового микроволнового (реликтового) излучения, открытого в 1965 г.

КОСМОГОНИЯ ШМИДТА

Математик, геофизик, географ, астроном, путешественник, альпинист, исследователь Арктики и Памира, лектор, просветитель, организатор науки, реформатор школьной и вузовской системы, общественный и государственный деятель; профессор, заведующий кафедрой алгебры Московского университета; основатель и руководитель Геофизического отделения в МГУ; создатель и глава Московской научной школы по теории групп; руководитель секции естественных и точных наук в Коммунистической академии; академик, вице-президент, председатель географической группы АН СССР; директор Арктического института, создатель и директор Института теоретической геофизики АН СССР; начальник и организатор полярных экспедиций (Земля Франца-Иосифа, Северная Земля, Северный морской путь, пароход «Челюскин» – челюскинская эпопея, дрейфующая станция «Северный полюс-1» «СП-1»); начальник Главного управления Северного морского пути; заведующий Государственным издательством, главный редактор Большой советской энциклопедии и журнала «Природа»; член ЦИК СССР, коллегий наркоматов продовольствия, финансов, просвещения; депутат Верховного Совета СССР 1-го созыва; кавалер трех орденов Ленина, других орденов и медалей, Герой Советского Союза, Отто Юльевич Шмидт (1891–1956) является автором трудов по высшей алгебре (теории групп), геофизике Курской магнитной аномалии. Мировую славу Шмидту принесла его космогоническая концепция образования Солнечной системы в результате конденсации околосолнечного газово-пылевого облака.

В 14 лет Отто составил «план своей дальнейшей жизни. В нем было подробно описано, какие книги он должен прочесть, какими науками овладеть, какие проблемы решить, как развиваться физически. Но когда он подсчитал, сколько лет ему потребуется для выполнения программы, обнаружил – ему необходимо было 900 лет! Он «ужал» программу до 150 лет. Ученый к концу жизни выполнил ее, перекрыв норму почти в три раза» (М.Ф. Гильмуллин). Собственно, Шмидт и прожил не одну, а три жизни – ученого, путешественника и гражданина (в некрасовском смысле). В Шмидте-ученом нас интересует прежде всего его космогоническая концепция, которой Отто Юльевич посвятил последние 14 лет жизни.

О.Ю. Шмидт делает доклад о разделении двойных звезд

Начало интереса к процессу возникновения Земли и других планет у Шмидта относится к 1923 г., когда геофизик принимал участие в обработке данных инструментальных измерений Особой комиссии по изучению Курской магнитной аномалии. Тогда же ученый начал заниматься математической разработкой задачи трех гравитирующих тел, которая пригодилась ему через 20 лет в построении космогонической теории.

С 1943 г. Шмидт стал разрабатывать «метеоритную» теорию аккумуляции Земли из небольших тел, увязав ее с последними достижениями геофизики и геохимии. Образовав в руководимом им Институте теоретической геофизики АН СССР «Отдел эволюции Земли», Отто Юльевич привлек к решению этой проблемы его сотрудников.

Отказавшись от преобладавшей тогда в астрономии гипотезы гигантских газовых протопланет и положив в основу рассуждений идею первоначально холодной Земли, «слепившейся» из небольших твердых тел, а также догадку захвата Солнцем допланетного роя, ученый математически доказал принципиальную возможность этого захвата в системе трех тел и тем самым объяснил механизм образовании планеты. Эта гипотеза сняла математическое противоречие, которое до Шмидта не могла объяснить ни одна астрономическая теория, между скоплением основной массы Солнечной системы в ее центре и моментом количества движения, сосредоточенном в основном на ее периферии.