Разбудивший Вселенную

Математик и физик Александр Александрович Фридман прожил 37 лет. Ровно столько же, сколько Пушкин. И если бы не нелепая случайность, то с большой вероятностью он тоже был бы сейчас «наше всё» в космологии.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

В 1917 году Эйнштейн опубликовал статью «Вопросы космологии и общая теория относительности», посвященную применению новой физики пространства и времени к Вселенной. В соответствии с существующими тогда представлениями об устройстве Вселенной он считал его максимально простым: распределение вещества всюду одинаково по плотности, все направления в пространстве равноправны, мир замкнут и статичен. Первым откликом на космологическую статью Эйнштейна была серия работ голландского астронома и физика-теоретика Виллема де Ситтера.

Вселенная проснулась

Вселенная де Ситтера была также статична, но в ней каждый наблюдатель был окружен своего рода «горизонтом», где время замедляется и даже останавливается. Кроме того, в этой модели Вселенной не были предусмотрены материя и излучение. Из-за последнего обстоятельства Эйнштейн объявил модель де Ситтера неприемлемой, поскольку она противоречит принципу Маха, гласящему, что инертность и инерция не могут существовать без материи. Но у модели де Ситтера было важное достоинство: при замедлении времени у «горизонта» возникает псевдодоплеровский эффект, с помощью которого можно было бы объяснить факт смещения в красную сторону линий в спектре удаленных галактик, открытый в 1914 году.

Де Ситтер оценил радиус Вселенной в 4,5 млн световых лет, что уже тогда казалось невозможно малой ее величиной. В 1917 году новый 100-дюймовый рефлекторный телескоп на американской обсерватории Маунт-Вилсон был способен различать объекты, находящиеся на расстоянии до 150 млн световых лет. Тем не менее еще пять лет было всего две модели Вселенной — Эйнштейна и де Ситтера. Третью предложил Александр Фридман из Петрограда в двух своих статьях — «О кривизне пространства» и «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной», опубликованных в 1922 и 1924 годах в немецком журнале Zeitschrift fur Physik.

Не вникая в тонкости математической физики, по мнению Фридмана, уравнения общей теории относительности Эйнштейна допускали не только статические, но и динамические решения. Он выводит два дифференциальных уравнения («уравнения Фридмана», описывающие развитие во времени однородной и изотропной Вселенной), которые описывают три возможных сценария развития Вселенной: она может сжиматься, расширяться, схлопываться (и даже возникать из точки, или, как говорят физики, из сингулярности — состояния Вселенной до момента Большого взрыва, характеризующегося бесконечной плотностью и температурой вещества). По Фридману, Вселенная могла быть бесконечной по объему и неограниченной в пространстве.

После появления первой статьи Фридмана в Zeitschrift fur Physik в 1922 году Эйнштейн посылает туда короткую заметку с обидным для Фридмана предположением, что тот просто допустил ошибку в расчетах. Фридман пишет Эйнштейну личное письмо, где приводит свои выкладки более подробно, то есть показывает ему, что ошибки в них нет. Но это письмо попадает в руки Эйнштейна только спустя полгода, когда он вернулся из своего лекционного вояжа в Индию, Китай, Японию и Иерусалим.

Возможно, он оставил бы это письмо Фридмана без ответа, но в Лейдене, в гостях у австрийского физика Пауля Эренфеста его встречает советский физик Юрий Крутков, товарищ Фридмана еще по Петербургскому университету, и интересуется, все ли понятно Эйнштейну в расчетах Фридмана, и, если у него по-прежнему есть вопросы, он, Крутков, может прямо сейчас на них ответить. Только после этого Эйнштейн публикует в Zeitschrift fur Physik еще одно сообщение, в котором признает математические выкладки Фридмана верными, оставаясь при этом при своем мнении, что их «решение не имеет физического смысла».

Вторую статью Фридмана 1924 года в Zeitschrift fur Physik Эйнштейн просто проигнорировал. А с идеей расширяющейся Вселенной он согласился только в 1930-е годы. В 2011 году Нобелевская премия по физике была присуждена «за открытие ускоренного расширения Вселенной», правда, «посредством наблюдения дальних сверхновых». Но сути дела это не меняет: физика пока живет в парадигме динамической Вселенной Александра Фридмана.

Математик из артистической семьи

Александр Фридман родился в 1888 году в Петербурге на Миллионной улице, то есть через дорогу от Зимнего дворца, в доме своего деда, который из кантонистов дослужился до помощника лекаря Придворной медицинской части Министерства императорского двора. Отец Александра на момент его рождения был танцором кордебалета Мариинского театра и студентом столичной консерватории по классу композиции Римского-Корсакова. По окончании консерватории он дослужился до капельмейстера оркестра лейб-гвардии Преображенского полка, а его одноактные балеты ставились на сцене Александринского театра.

Мать Александра, тоже студентка консерватории по классу рояля, была дочерью профессора консерватории и дирижера Мариинского театра, довольно известного в свое время композитора Игнатия Воячека. В истории отечественной науки она осталась не только как мать физика-теоретика Фридмана, но и сестра академика АМН СССР, Героя Социалистического Труда генерал-лейтенанта медслужбы Владимира Воячека.

Семейная жизнь родителей Фридмана не сложилась: их брак был расторгнут, когда Александру было девять лет, и потом его отец женился на приме Мариинского театра Анне Иогансен, дочке Христиана Иогансена, мировой рекорд которого по продолжительности выступления на сцене солистом балета, наверное, не побит до сих пор. Он солировал на сцене Мариинского театра до 66 лет. Потом ушел на педагогическую работу и вывел в люди Матильду Кшесинскую.

По суду сын Александр остался у отца, и воспитывали его родственники по отцовской линии — дед и его дочь, тетушка Александра Мария Фридман, которая тоже, как и его мать, была пианисткой. Он окончил гимназию с золотой медалью и в 1906 году поступил на математическое отделение физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета. Но еще в выпускном классе гимназии Александр Фридман вместе со своим товарищем по классу Яковом Тамаркиным (впоследствии довольно известным американским математиком) написали статью о числах Бернулли и послали ее Давиду Гильберту как редактору журнала Mathematische Annalen («Математические анналы»).

Чтобы оценить степень юношеского самомнения петербургских гимназистов Фридмана и Тамаркина, надо сделать небольшое отступление. В 1900 году на Втором международном конгрессе математиков в Париже профессор Геттингенского университета Давид Гильберт представил коллегам список из 23 пока еще не решенных ими проблем. По сути, новоявленный Менделеев от математики Давид Гильберт составил «периодическую систему математики», показав коллегам-математикам в ней пока пустующие клеточки и тем самым сформулировав им всем задание на грядущий XX век.

План Гильберта был грандиозный, и у его коллег он серьезных возражений не вызвал. Они принялись за его выполнение, занявшись в числе прочего и аксиоматикой теории вероятностей, потому что ее интуитивное и неформальное обоснование Бернулли и Лапласом давно устарело (забегая вперед, это удалось сделать Колмогорову в конце 1920-х годов). А тут Давиду Гильберту пришлось читать письмо школяров из России. Однако, прочитав его, профессор Гильберт отдал его в набор, и в 1906 году статья Фридмана и Тамаркина «Sur les congruences degree et les nombres de Bernoulli» («О степенных конгруэнтностях и числах Бернулли») вышла в «Математических анналах» (т. 62, с.409–412).

Как революционера Лилового вразумила наука

Как и полагается интеллигентному юноше, в старших классах гимназии и в студенческие годы Александр Фридман «боролся с царизмом», был даже членом ЦК Северной социал-демократической организации средних школ Петербурга с партийной кличкой Лиловый, печатал и распространял с товарищами прокламации. Хорошо еще, что он был эсдеком, а не эсером с их террористическим методом низвержения царизма. В университете политическая активность Фридмана резко снизилась, а потом и вовсе сошла на нет: его увлекла наука.

Ему повезло с учителями. В 1906 году, когда он поступил в университет, профессорскую должность на кафедре математики занял приехавший из Харьковского университета Владимир Стеклов, ставший добрым гением Александра Фридмана. В студенческие годы Фридман был активным членом кружка новой теоретической физики Пауля Эренфеста, который, женившись на русской студентке Геттингенского университета, в 1907 году переехал в Петербург и стал здесь Павлом Сигизмундовичем. Как и Стеклова, Фридман считал его своим учителем. Оба помогали ему, как говорится, словом и делом.

Когда отец Фридмана умер и он остался без средств на продолжение учебы для подготовки к профессорскому званию (в аспирантуре, говоря по-современному), Эренфест устроил его на подработку в «Журнал русского физико-химического общества» и рекомендовал книги для рецензирования. А Стеклов добился назначения ему стипендии на два года в размере 1200 руб. в год, более чем приличные по тем временам деньги. Кроме того, Фридман одновременно преподавал в Горном институте, а затем и в Институте инженеров путей сообщения.

В 1913 году Фридман начинает работать в Главной геофизической обсерватории (ГФО), которую в то время возглавлял академик князь Голицын, точнее, в одном из ее отделений в Павловске, пригороде Петербурга. Этот зигзаг в научной биографии Фридмана почему-то всегда удивлял и продолжает удивлять историков отечественной математики. Откуда у человека, который с гимназических лет интересовался исключительно теорией чисел, возник интерес к вопросам физики атмосферы и аэродинамике? Хотя загадки тут, вероятно, нет. Александр Фридман был молодым человеком, авиация и воздухоплавание тоже были тогда в новинку. Понятно, что он чувствовал при запуске шаров-зондов, и сам поднимался на воздушном шаре, чтобы определить направления и скорости ветра и других процессов, развивающихся в атмосфере.

Весной 1914 года Голицын командирует Фридмана на стажировку в Метеорологический институт Лейпцигского университета. Вернулся он оттуда в июле того же года, буквально за несколько дней до начала мобилизации в России и начала Первой мировой войны. А в августе 1914 года профессор Стеклов делает в своем дневнике запись: «Явился неожиданно Фридман. Идет на войну в авиационную роту, командируется Главной Физической обсерваторией».

Летнаб Фридман

В составе Добровольческого авиационного отряда вольноопределяющийся Фридман воевал сперва на Северном фронте, а затем в Западной Галиции при осаде Перемышля. Он служил летчиком-наблюдателем, был ранен шрапнелью и близким разрывом взрывателя австрийской авиабомбы, контужен при неудачной посадке аэроплана, награжден солдатским Георгиевским крестом, произведен в прапорщики, получил золотое оружие с надписью «За храбрость» и орден Св. Владимира с бантами.

Летчик-наблюдатель тогда был еще и бомбометателем, и Фридман сбрасывал стандартные бомбы в 5 фунтов, 25 фунтов и один пуд не только для поражения вражеских позиций. Попутно он проверял свои таблицы прицельного бомбометания, которые составлял по заданию шефа Императорского военно-воздушного флота великого князя Александра Михайловича и обсуждал тонкости их математического расчета в своей переписке со Стекловым.

В 1923 году во время командировки в Германию Фридман трижды встречался с профессором метеорологии Берлинского университета Генрихом фон Фиккером и беседовал с ним на разные темы, в том числе о войне. Фон Фиккер среди прочего рассказал ему, как 5 февраля 1915 года его вызвали к начальству, и пока он там был, в дом, где он квартировал в Перемышле, попала бомба с русского аэроплана. Фридману оставалось только признаться, что в тот раз таблица бомбометания его не подвела.

Конечной целью Фридмана было создание бомбового прицела, причем лучше бы автоматического, и, скорее всего, такой прицел появился бы. В июне 1917 года Фридман был назначен первым директором только что созданного в Москве завода «Авиаприбор». Но случилась вторая подряд революция, и Фридману в 1918 году пришлось уехать в Пермь в недавно организованный там филиал Петроградского университета. Там он с экстраординарного профессора дослужился до декана физико-математического факультета Пермского университета, попутно пережив две смены власти — сначала с красных на белых, а потом опять на красных.

Полет-предвестник

В мае 1920 года Фридман вернулся в Павловск на свое место в ГФО и продолжил свои работы по геофизике атмосферы, а попутно преподавал в университете, Петроградском политехническом институте, Морской академии, рассчитывал модели атомов для Атомной комиссии ГОИНа, стал главным редактором «Журнала геофизики и метеорологии». Словом, дел хватало. С июля по сентябрь 1923 года он был в загранкомандировке в Германии и Норвегии. Еще одна поездка за границу, в Голландию и Германию, состоялась в апреле— мае 1924 года.

В это время Фридман уже работал над своим видением ОТО Эйнштейна и опубликовал свою первую работу о «беспокойной Вселенной». Об этом писал Эренфесту и беседовал с Гильбертом в Геттингене во время поездки по Европе в 1923 году. А во время второй командировки в 1924 году на Первый международный конгресс по прикладной математике в Делфте уже не он рассказывал об этом, а его западные коллеги подходили к нему и просили его рассказать.

В 1925 году Александр Фридман был назначен директором Главной геофизической обсерватории (так называли ГФО с 1924 года). Одним из его первых приказов на этом посту был приказ №685 от 6 июля 1925 года следующего содержания: «Отбывая 16-го сего июля в служебную командировку в полет на аэростате с научной целью, временное исполнение обязанностей директора ГГО передаю помощнику директора по административно-хозяйственной части Л. В. Дашкевичу». Чуть позже в личном письме об этом полете на рекордную по тому времени для СССР высоту в 7400 м он написал: «Любопытны ощущения и переживания в облаках. Полная тишина, полный покой, ничего не видно, не знаешь, над какой местностью летишь. Ни тебя никто не видит, ни ты никого. Полная изолированность. Сначала, правда, доносятся с земли звуки “быта”: гудки паровозов, звонки, пение петухов, лай собак и т. п. Когда эти звуки слышишь, чувствуешь себя уютнее, но вскоре эти звуки пропадают. Наступает мертвая тишина».

Но в этот раз тишина быстро закончилась. «Пока мы возились с вдыханием кислорода, произошло несчастье,— писал он дальше.— Среди полной тишины раздался оглушительный взрыв, мы взглянули наверх и видим, что аэростат весь окутан дымом. Сейчас же мелькнула мысль: горим, шансов на спасенье в этом случае очень мало. Потом дым рассеялся, и мы увидели, что наш “кислородный сундук” лопнул. Произошло вот что: на высоте, где давление мало, “кислородный сундук” расперло и разорвало, газ (влажный) вырвался на свободу, охладился, и влага конденсировалась в виде облака, которое мы и приняли за дым. Установив, в чем дело, мы облегченно вздохнули, хотя запас кислорода значительно уменьшился и долго держаться на высоте было трудно».

Аэростат приземлился вблизи деревни Окороки Нижегородской губернии. Сбежавшимся со всех сторон крестьянам Фридман прочел короткую лекцию об их полете и его целях. А после возвращения в Ленинград он получает наконец долгожданный отпуск и в конце июля уезжает в Крым. 17 августа он возвращается в Ленинград отдохнувшим, но уже зараженным сальмонеллами брюшного тифа. 16 августа 1925 года он скончался в больнице.

Ася Петухова