Сказка о метеорологе Фридмане, выигравшем спор с великим Эйнштейном

 

– Я устал от этого кошмара… – пробормотал Александр, зябко кутаясь в громоздкий тулуп и поднимая голову.

Небосвод был переполнен яркими летними звёздами, а на востоке разгоралось зарево – наступал новый жаркий день. Часть неба над головой была загорожена огромным серым шаром. Аэростат медленно плыл между сияющими звёздами и цветущей землей, и в его гондоле было очень холодно.

– Как бы я хотел заниматься звёздами и Вселенной и никогда больше не смотреть вниз, на землю! – шепнул сам себе Александр Фридман, но он не услышал себя – потому что всё утонуло в страшном грохоте.

Над зелёными рощами и полями с созревающей пшеницей поплыли клубы дыма: началась артподготовка к наступлению, и огонь артиллерии нужно было корректировать. Александр глубоко вздохнул, поднёс к глазам бинокль и посмотрел вниз…

– Почему люди настолько глупы, что готовы воевать друг с другом? – удивилась Галатея.

Сегодня сказку детям читала Дзинтара. Она сама любила эту историю, потому что гордилась её героем.

– В начале двадцатого века мир был охвачен ужасной войной, кровавой и бессмысленной. Это было настоящее бедствие, умноженное эпидемиями, голодом и разрухой.

Но именно в это время человеческая мысль особенно рвалась в космос, в звёздные глубины Вселенной – туда, где не было войн и смерти.

Именно тогда Эйнштейн создал величайшую теорию пространства и времени – общую теорию относительности.

Ньютон сумел понять – КАК Земля притягивает к себе Луну и другие тела. Эйнштейн объяснил – ПОЧЕМУ Земля обладает этим удивительным свойством, доказав что гравитационное притяжение – это проявление искривлённого пространства.

Теория гравитации Эйнштейна сумела объяснить аномальную прецессию Меркурия, а также обещала решить проблему строения Вселенной.

Мыслители разных веков предлагали свои космологические модели: мироздание взгромождали и на спины черепах и слонов, и в хрустальную сферу его заковывали. Но ничего не получалось: слоны и черепахи разбегались, хрустальные небеса лопались.

– Никто же черепах не кормил! – развеселилась Галатея. – Вот они и расползлись!

– Но сейчас у Эйнштейна были его замечательные уравнения, которые описывали Вселенную, а значит – все шансы на успех. Он, как и астрономы его времени, верил в вечную и неподвижную Вселенную и приступил к созданию математической модели такого прекрасного стабильного мира.

Но он быстро понял, что у него ничего не получается. Неудачу Эйнштейна легко поймёт любой мальчишка, который любит бросать камни в воду. Ведь когда запускаешь камень в небо, то он может находиться только в двух состояниях – или лететь вверх, или падать вниз. Зависнуть неподвижно над водой ни один камень не может.

– Абсолютно верно! – авторитетно заявил Андрей.

– А именно этого ожидал Эйнштейн от модели неподвижной Вселенной.

– Зря! – хмыкнул Андрей.

– Тогда учёный решил, что ему нужна подпорка для падающих камней – вернее, для Вселенной. Такой опорой, обеспечивающей неподвижность мира, может служить какая‑нибудь отталкивающая сила, которая противодействовала бы гравитационному притяжению и обеспечила бы Вселенной необходимый покой.

Эйнштейн ввел такую антигравитационную силу в свои уравнения, отчего в уравнениях появилась новая «космологическая постоянная», а Вселенная стала круглой и конечной по размеру.

Когда шар Вселенной замер в неподвижности, то Эйнштейн обрадовался и вытер трудовой пот со лба. Всё‑таки далеко не каждый день получаешь модель целого мира, да ещё такую красивую: неподвижную и без черепах со слонами.

– Вселенная не в зоопарке – это уже хорошо! – одобрила Галатея.

– Отдохнув, довольный Эйнштейн опубликовал работу по космологии Вселенной в своём любимом физическом журнале.

Но через некоторое время почтальон принёс ему журнал со статьей русского математика и метеоролога Александра Фридмана. Он утверждал, что эйнштейновская модель Вселенной нестабильна – как карандаш, стоящий на острие. Да, все силы, действующие на него, уравновешены, но стоит только отпустить руку, удерживающую карандаш, как он упадёт. Так и мир Эйнштейна не может находиться в равновесии – он должен или сжиматься, или расширяться, или пульсировать. Наблюдения Слайфера уже доказали, что галактики – разбегаются. Значит, Вселенная расширяется и не вечна, а имеет вполне определённый возраст: время, прошедшее с начала расширения. Фридман оценил возраст Вселенной в десять миллиардов лет.

 

 

Космолог Эйнштейн расстроился, прочитав статью метеоролога Фридмана, – всё‑таки не каждый день твою любимую модель мира хотят разрушить. Но самым могучим оружием теоретиков является математика – и Эйнштейн, вооружившись ею, стал искать ошибку в расчётах русского учёного.

И он её нашёл!

В следующем же номере физического журнала Эйнштейн опубликовал заметку, где заявил, что результат Фридмана кажется ему подозрительным и основанным на ошибке.

Фридман прочитал ответ Эйнштейна, тоже расстроился (а кому понравится, что его ловят на ошибке?!) и тоже достал своё главное оружие – ручку и листок бумаги (голова у теоретика и так всё время с собой) – и стал искать ошибку в расчётах Эйнштейна.

И он её нашёл!

– Если они оба нашли ошибку в расчётах друг друга, то кто из них оказался прав? – обеспокоилась Галатея.

– А вот сейчас узнаешь. Фридман был очень хорошим математиком – первую свою научную статью в престижных немецких «Математических анналах» он опубликовал сразу после школы. Когда он в 1910 году закончил математическое отделение Петербургского университета, то был оставлен на кафедре математики для подготовки к профессорскому званию. Фридман был прикладным математиком – он активно «прикладывал» свои математические знания к метеорологии, атмосферным течениям и турбулентности. Он летал на дирижаблях и воздушных шарах, а во время войны – участвовал в боевых вылетах русской авиации. После революции Фридман работал в Главной геофизической обсерватории и был редактором «Журнала геофизики и метеорологии».

Вскоре Эйнштейна посетил физик из России Крутков, который передал ему письмо Фридмана, где тот доказывал, что Эйнштейн ошибся в своих контррасчётах.

Эйнштейн был настоящим учёным, который не боится признаться в своей неправоте. Убедившись в своей ошибке, он опубликовал в журнале заметку, что он ошибся, а Фридман прав.

– Какой честный человек, этот Эйнштейн, ради правды не побоялся разрушить свою красивую модель Вселенной! – с удовольствием отметил Андрей.

– Да, это означало, что прежняя стационарная космология неверна. И на свет из уравнений Эйнштейна стараниями Фридмана появляется новая, динамическая Вселенная – молодая и нестабильная. И оценка Фридманом её возраста оказалась очень близка к современным данным! Более того, Александр Фридман показал, что в разлетающейся Вселенной, чем дальше галактика, тем быстрее она улетает от земного наблюдателя. Именно этот факт позже доказал Хаббл.

Это была подлинная революция в миростроении!

 

 

Фридман доказал, что наблюдаемая Вселенная не вечна, беспокойна и находится в полёте.

– Аналогичную революцию совершил Коперник, толкнув неподвижную Землю! – напомнил Андрей.

– Верно, – согласилась Дзинтара.

– Фридман заболел и умер в 1925 году в возрасте тридцати семи лет, успев внести в мировое здание науки неоценимый вклад. У Фридмана остался ученик Георгий Гамов, которому тоже будет суждено сделать важное усовершенствование модели Вселенной. Но это уже совсем другая история.

После работ Фридмана учёные долгое время думали, что окончательная модель расширения Вселенной найдена, и космологии осталось только уточнить возраст Вселенной. Но звёзды – особенно сверхновые звёзды – посмеялись над этими людскими надеждами. Сверхновые, эти вспыхивающие маяки космоса, позволили расшифровать свои сигналы, и в 1998 году сразу две группы астрономов – под руководством Шмидта и Перлмуттера – объявили, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением.

«Кошмар!» – не поверили им теоретики.

Эта новость наблюдателей противоречила общим теоретическим представлениям, по которым следовало, что разлёт Вселенной замедляется – как движение камня, подкинутого вверх.

Кто из мальчишек, швыряющих камни в пруд, предполагает, что брошенные булыжники будут ускоряться и улетать в космос?

– Таких идиотов я ещё не встречал! – рассмеялся Андрей.

– Но именно такое неприличное поведение демонстрирует насмешливая Вселенная.

Космологи забыли спокойные времена и углубились в новую проблему. Как ведёт себя ускорение Вселенной? Уменьшается ли оно со временем или растёт? Будет ли Вселенная разлетаться вечно или она в какой‑то момент остановится?

Особенно измучил астрономов вопрос: ЧТО заставляет Вселенную ускоряться?

Кто‑то для объяснения этого эффекта вводит новые физические силы или пространственные размерности. Кто‑то предполагает, что сам вакуум – вернее его странная отрицательная энергия – вмешалась в жизнь Вселенной и изменила её.

– Что такое отрицательная энергия? Энергия, на которой можно заморозить чайник? – спросила Галатея, высоко подняв брови.

– Физического смысла отрицательной энергии никто не знает, но ею должно обладать гравитационное поле, если мы хотим спасти закон сохранения энергии. А может быть, трудности в понимании мироздания возникли из‑за того, что учёные‑гравитационисты отвергли смелую трактовку Эддингтона – Эйнштейна, в которой они отказались от закона сохранения энергии?

Нет окончательного ответа на эти вопросы.

Наблюдатели ловят в телескопы всё более далёкие сверхновые звёзды, которые должны со временем прояснить вопрос об изменении ускорения далёких галактик. Теоретики терзают свои головы и компьютеры в поисках причины ускорения разлёта нашего мира.

Кроме того, Эйнштейн доказал, что гравитационное притяжение – это лишь проявление искривлённого пространства, но до сих пор нет ответа на вопрос следующего уровня: ПОЧЕМУ возле Земли и других гравитирующих тел пространство искривляется?

Ответы на многие загадки нашего мироздания ещё не найдены.

Может, их найдёшь ты, читатель?

– Я их первая найду! – заявила Галатея и погрозила кому‑то крепким розовым кулачком.

 

Примечания для любопытных

 

Турбулентность – квазибеспорядочное, часто вихревое движение жидкости или газа: например, плывущий корабль оставляет за собой турбулентную дорожку. Это явление описывается очень сложными математическими моделями и до сих пор плохо изучено.

Александр Алексеевич Фридман (1888–1925) – петербургский математик и метеоролог. Показал, что уравнения Эйнштейна описывают нестационарную Вселенную, и получил знаменитые решения этих уравнений.

Юрий Александрович Крутков (1890–1952) – физик‑теоретик. В 1922 году получил стипендию Рокфеллеровского фонда для поездки в Европу и встретился там с Эйнштейном, передав ему письмо Фридмана.

Георгий Антонович Гамов (1904–1968) – физик‑теоретик. Родился в Одессе, уехал из СССР в 1933 году. Автор теории Большого взрыва и ряда других известных концепций в физике, астрономии и биологии. Известный популяризатор науки.

Саул Перлмуттер (род. 1959) – американский астрофизик. Один из открывателей феномена ускоренного расширения Вселенной, получивший за это в 2011 году Нобелевскую премию.

Брайен Шмидт (род. 1967) – австралийский астрофизик. Один из открывателей феномена ускоренного расширения Вселенной. За это он получил в 2006 году престижную премию Шау в миллион долларов, а в 2011 году заработал Нобелевскую премию вместе с Перлмуттером и американцем Адамом Рисом (род. 1969).

 

 

 

Вклейка

 

^{Эта старая гравюра отражает представления средневековых людей о космосе: плоская земля, окружённая хрустальной сферой, к которой прикреплены звёзды и за которой расположены огромные шестерни и механизмы для движения небес.}

^{Иллюстрация из книги «История астрономии» Х. Купера и Н. Хенбеста}

 

^{Фото Оливера Штейна}

^{Справа: Астроном Региомонтан}

^{Старинная гравюра неизвестного художника}

 

^{Николай Коперник – великий мыслитель, сумевший сдвинуть с места Землю}

^{Картина неизвестного художника XVI века (музей города Торуни)}

 

^{Тихо Браге – выдающийся астроном‑наблюдатель}

^{Картина Эдуарда Эндера}

 

^{Петля Марса. Яркий Марс совершает на небе эффектные петли, над которыми тысячи лет ломали головы астрономы. Цепь слабых звездочек рядом с петлей Марса соответствует движущемуся Урану. Обратите внимание на яркость Марса в нижней части петли, где он ближе всего к Земле.}

^{Фотография Тунка Тезеля}

 

^{Иоганн Кеплер – знаменитый учёный, сформулировавший основные законы движения планет}

^{Картина неизвестного художника, 1610 год}

 

^{Комета Хейла‑Боппа. Сфотографирована 4 апреля 1997 года Е. Колмхофером и Х. Раабом в обсерватории имени Иоганна Кеплера в городе Линц (Австрия)}

 

^{Справа: Галилео Галилей.}

^{Портрет написан Оттавио Леони в 1624 году}

^{Слева: Юпитер и спутники, открытые Галилеем. Так они выглядят в небольшой земной телескоп или бинокль}

 

^{Первые в мире телескопы, созданные Галилеем}

^{Фото Густаво Томсича}

 

^{Исаак Ньютон – величайший учёный последнего тысячелетия. После Ньютона многие учёные стали считать настоящими науками только те, которые применяют математические уравнения}

^{Картина сэра Годфри Кнелера}

 

^{Ферма Вулсторп, где фермер Ньютон родился и сделал свои главные открытия. В саду за домом сохранились пни от о‑о‑очень старых яблонь…}

^{Фото Хел‑Хама}

 

^{Первый морской хронометр Харрисона, весящий 35 килограммов}

^{Фото и экспонат Национального морского музея (Лондон)}

 

^{Тень от зонтика может служить прекрасным астрономическим инструментом!}

^{Фото автора}

 

^{Слева: Астроном и музыкант Вильям Гершель}

^{Картина английского художника Л. Ф. Эббота (1760–1802)}

^{Справа: Уран, открытый Гершелем. Единственная планета в Солнечной системе, которая вращается, лежа на боку, поэтому её спутники и кольца образуют что　то вроде колеса обозрения в городском парке (фото НАСА/ESA и М.Шовальтера (Институт SETI), сделанное с помощью телескопа Хаббла в 2005 году)}

 

^{Самый большой в мире телескоп (12‑метровый в длину; диаметр зеркала 120 см), построенный Гершелем в 1787 году. Сотрудники, помогавшие астроному, называли наблюдения на этом телескопе «бритьем с помощью гильотины». Более крупный телескоп – с диаметром зеркала 180 см – был построен графом и графиней Росс лишь в 1845 году (см. книгу «Звёздный витамин»)}

^{Иллюстрация из Британской энциклопедии, издание 1797 года}

 

^{Фау‑2 (Германия). Военная баллистическая ракета, взлетавшая на высоту более 180 километров в 40‑е годы XX века}

^{Экспонат музея Пенемюнде.}

^{Фото А. Эльфвина}

 

^{Шаттл «Дискавери» (США) вернулся на Землю из последнего полёта и готовится к транспортировке в аэрокосмический музей в Вирджинии}

^{Фото 2012 года Уолтера Скриптунаса II/Spaceflight Now}

 

^{«Семёрка» – знаменитая ракета, созданная в СССР под руководством Королёва.}

^{Экспонат ВДНХ (Москва)}

^{Фото Сергея Арсеньева}

 

^{Международная станция над Землей}

^{Фото НАСА, сделано астронавтом шаттла «Дискавери» 7 марта 2011 года}

 

^{Ноябрь 1969 года. Астронавт Алан Бин спускается из прилунившегося модуля «Аполлона‑12»}

^{Фото НАСА}

 

^{Первый автомобиль на Луне на фоне гор Гадлея. Фотограф – командир экспедиции Дэйв Скотт, водитель луномобиля – астронавт Джим Ирвин}

^{Фото НАСА сделано в ходе экспедиции «Аполлона‑15» летом 1971 года}

 

^{«Луноход» (СССР) – первый в мире телеуправляемый аппарат, высадившийся на другое космическое тело}

^{Фото из Википедии}

 

^{Панорама раскалённой Венеры в области Фебы. «Венера$13» впервые записала звук грома на другой планете. После 1982 года многие десятилетия ни один аппарат не садился на Венеру}

^{Фото «Венеры‑13» (СССР), март 1982 года}

 

^{Венерианский вулкан Маат высотой 8 километров. Видны потоки лавы, растекающиеся на сотни километров.}

^{Трёхмерное изображение получено с помощью радара искусственного спутника Венеры «Магеллана» в 1996 году}

^{Фото НАСА/JPL}

 

^{Марс с полярной шапкой и облаками}

^{Фото НАСА/JPL, 2011 год}

 

^{Марсианский кратер Санта‑Мария}

^{Для анализа различий в химическом составе поверхности ученые придали песку синеватый оттенок. Глядя на эту фотографию, легко поверить, что ты уже стоишь на Марсе…}

^{Фото НАСА/JPLCaltech/Cornell/ASU, сделано с помощью марсохода «Opportunity» в декабре 2010 года}

 

^{Юпитер с Большим Красным Пятном}

^{Фото NASA/JPL/Space Science Institute, сделано с помощью искусственного спутника Юпитера «Кассини»}

 

 

^{Вверху: четыре галилеевских спутника (слева направо, по уменьшению размера) – Ганимед, Каллисто, Ио и Европа}

^{Фото НАСА/JPL}

^{Внизу слева: извержение сернистого вулкана на Ио (область Тавштар Катена, 2000 год). Застывшая сера имеет жёлтый цвет, а расплавленная сера образует чёрные озёра}

^{Фото: Планетный фотожурнал НАСА}

^{Внизу справа: причудливые трещины в ледяном панцире Европы. Данные аппарата «Галилео», 1998 год}

^{Фото НАСА/JPL/Аризонского университета и Колорадского университета}

 

^{Слева: посадка на Титан зонда «Гюйгенс» по представлению художника Крейга Аттебери}

^{Справа: Реальная поверхность Титана с точки зрения прититанившегося зонда «Гюйгенс»}

^{Фото ESA/NASA/JPL/Аризонского университета, сделано 14 января 2005 года}

 

^{Кольца Сатурна}

^{«Вояджеры» первыми сообщили, что широкие кольца Сатурна расслоены на тысячи узких колечек. Сатурнианские кольца – это зашифрованная книга, в которой записана история Солнечной системы. Автору потребовалось пятнадцать лет, чтобы прочитать лишь первую страницу этой увлекательной книги…}

^{Фото НАСА/JPL, создано по радиопросвечиванию колец аппаратом «Кассини» в 2005 году}

 

^{Слева: девять колец Урана, тонких, как резонасные струны гитары}

^{Фото «Вояджера‑2», 1986 год, НАСА/JPL}

^{Справа: Голубой Нептун, самая дальняя планета Солнечной системы}

^{Фото «Вояджера‑2», 1989 год, НАСА/JPL}

 

^{Крупнейший спутник Нептуна, Тритон, обладает полярной шапкой из застывшего азота, из которой весной бьют многочисленные гейзеры жидкого азота}

^{Фото «Вояджера‑2», 1989 год, НАСА/JPL}

 

^{Так будет выглядеть ночное небо Земли через четыре миллиарда лет, когда Андромеда столкнётся с нашей Галактикой…}

^{Перед учёными, которые могут заглядывать на миллиарды лет в прошлое и будущее, бледнеют любые волшебники… Что произойдёт с Землей и её обитателями при столкновении галактик? Учёные этого ещё не знают. Может, это выясните вы, читатель?}

^{Фото НАСА, ЕСА и астрономов З. Левея, ван дер Мареля и А. Меллингера}