Александр Александрович Фридман

Александр Александрович Фридман

Дата рождения

16 июня 1888 года

Место рождения

Санкт-Петербург, Российская империя

Дата смерти

16 сентября 1925 года

Место смерти

Ленинград, СССР

Награды и премии

Александр Фридман, великий учёный (рассказывает профессор Вадим Яковлев) // Sinus [41:39]

Александр Александрович Фридман — русский и советский математик, физик, геофизик и метеоролог, профессор, создатель теории нестационарной Вселенной, основоположник эволюционной космологии, в 1922−1924 годах пришедший к выводу о расширении Вселенной на основании уравнений тяготения Альберта Эйнштейна, один из основателей современной теории турбулентности и советской школы динамической метеорологии.

Карьера

Александр Фридман родился 4 июня (16 июня) 1888 года в Санкт-Петербурге. Его отец — композитор Александр Александрович Фридман был сыном крещёного еврея кантониста. Мать — преподаватель игры на фортепиано Людмила Игнатьевна Фридман (урождённая Воячек), дочь органиста и дирижёра Императорского Мариинского театра Игнатия Каспаровича Воячека. В 1897 году родители расстались и Фридман затем воспитывался в новой семье отца, а также в семьях деда — лекарского помощника Придворного медицинского округа и губернского секретаря Александра Ивановича Фридмана и тёти, пианистки Марии Александровны Фридман; с матерью же Фридман возобновил отношения лишь незадолго до смерти.

Учился во 2-й Санкт-Петербургской гимназии, которую закончил с золотой медалью, увлекался астрономией.

В октябре 1905 года вместе с одноклассником Я.Д. Тамаркиным отправил свою первую математическую работу, посвящённую числам Бернулли, в один из ведущих научных журналов Германской империи «Математические анналы» («Mathematische Annalen»), в 1906 году эта статья была опубликована.

В ходе революции 1905 года принимал участие в политической деятельности, состоял членом ЦК Северной социал-демократической организации средних школ Санкт-Петербурга, публиковал на гектографе прокламации.

В 1906−1910 годах окончил математическое отделение физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета. Вместе с Тамаркиным, будучи студентом, регулярно посещали занятия кружка новой теоретической физики, организованного в 1908 году П.С. Эренфестом. В 1909 году работа Фридмана «Исследование неопределенных уравнений второй степени» была удостоена золотой медали.

Затем был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики у профессора В.А. Стеклова для подготовки к профессорскому званию.

В 1911 году женился Екатерине Петровне Фридман (урождённая Дорофеева).

До весны 1913 года занимался математикой и руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения, а также читал лекции в Горном институте.

В начале 1913 года поступил на работу в Аэрологическую обсерваторию в Павловске под Санкт-Петербургом в должности физика, стал там заниматься аэрологией. Директор Главной физической обсерватории Б.Б. Голицын обратил внимание на видные способности Фридмана и предложил тому получить необходимые знания в области динамической метеорологии (геофизической гидродинамикой). Для этого Фридман весной 1914 года был направлен в командировку в Лейпциг, где в это время жил и работал норвежский метеоролог Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес, создатель теории фронтов в атмосфере. Летом того же года Фридман летал на дирижаблях, участвуя в подготовке к наблюдению солнечного затмения в августе 1914 года.

С началом Первой мировой войны добровольцем вступил в авиационный отряд, и в 1914−1917 годах принимал участие в организации аэронавигационной и аэрологической службы на Северном и других фронтах, был лётчиком-испытателем, принимал участие в боевых вылетах, бомбил Перемышль и проводил авиаразведку. Стал Георгиевским кавалером, был награждён золотым оружием и орденом Святого Владимира с мечами и бантом. Фридман составлял таблицы для прицельного бомбометания и проверял их в ходе боёв. В 1916 году возглавлял центральную аэронавигационную и аэрологическую службу фронта. В 1916−1917 годах прапорщик Фридман в Киеве преподавал в Военной школе лётчиков-наблюдателей, читал курсы аэронавигации и аэронавигационных приборов, и заведовал Центральной аэронавигационной станцией. Организовал метеослужбу на фронте и ремонт авианавигационных приборов в частях действующей русской армии.

В Киеве прочитал несколько пробных лекций в Университете святого Владимира, необходимых для получения звания приват-доцента, и принимал участие в работе Киевского физико-математического общества, действительным членом которого стал.

В июне 1917 года первым в России понявший необходимость создания отечественного авиаприборостроения основал и стал директором завода «Авиаприбор» в Москве.

С апреля 1918 года по 1920 год — профессор кафедры механики Пермского университета.

В июне 1918 года был в числе организаторов Пермского физико-математического общества, стал его секретарём и наладил выпуск трудов общества.

С весны до середины августа 1919 года находился в командировке в Екатеринбургской магнитной и метеорологической обсерватории.

С 15 августа по 30 сентября 1919 года — декан физико-математического факультета Пермского университета.

С июля 1919 года по май 1920 года — проректор Пермского университета по хозчасти.

В 1920 году создал на факультете три отделения и два института (геофизический и механический).

В мае 1920 года вернулся в Петроград.

С 12 июля 1920 года – преподаватель на кафедре математики и механики Петроградского университета, работал в Главной физической обсерватории (с 1924 года — Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова) в созданном по его инициативе математическом бюро Главной физической обсерватории, одновременно в качестве профессора кафедры прикладной аэродинамики преподаёт на открывшемся факультете воздушных сообщений Института инженеров путей сообщения.

Со 2 августа 1920 года — профессор теоретической механики на физико-механическом факультете Петроградского политехнического института.

Был привлечён начальником Морской академии А.Н. Крыловым для преподавания в качестве адъюнкта по кафедре механики академии.

Работал в Атомной комиссии Государственного оптического института, где рассчитывает модели многоэлектронных атомов и ведёт исследования по адиабатическим инвариантам.

В 1922 году вывел общее уравнение для определения вихря скорости, которое приобрело фундаментальное значение в теории прогноза погоды.

Также в 1922 году публиковал труд «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости», в котором дал наиболее полную теорию вихревого движения в жидкости, рассмотрел, а для ряда случаев решил важную проблему о возможных движениях сжимаемой жидкости при действии на нее определенных сил. Данное фундаментальное исследование позволяет считать А.А. Фридмана одним из основателей теории сжимаемых жидкостей.

В том же 1922 году в журнале «Известия физики» вышла полемическая статья Фридмана «О кривизне пространства мира». Эйнштейн на основе своих уравнений пытался определить геометрические свойства Вселенной. В частности, он допускал тезис о том, что мир имеет форму цилиндра и пришёл к выводу, что при определенных условиях Вселенная пространственно ограничена. И вот Фридман подверг концепцию Эйнштейна глубоко обоснованной и весьма существенной критике. Он показал, что «мировые уравнения» Эйнштейна не могут быть однозначными и при помощи этих уравнений нельзя дать определённый ответ на вопросы о форме Вселенной и её конечности или бесконечности. Фридман рассмотрел вопрос о радиусе кривизны пространства. Эйнштейн, излагая свою теорию, считал этот радиус постоянной величиной. Фридман же не согласился: радиус кривизны пространства изменяется во времени, и при этом условии возникает возможность нестационарных решений «мировых уравнений». Фридман предлагал три варианта таких решений и, соответственно, выстраивал три возможные модели Вселенной. Две из них — с монотонным увеличением радиуса кривизны, причём одна из первых двух допускает расширение Вселенной из некой точки, а вторая предполагает расширение из массы, имеющей конечные размеры. Третья модель Фридмана представляет собою пульсирующую Вселенную, радиус которой с определенной периодичностью изменяется. Фридман признавал бесконечность Вселенной, её пространства и массы.

Интересно, что Эйнштейн ответил на эту статью — в 11 выпуске того же журнала он опубликовал статью «Замечания к работе Фридмана «О кривизне пространства», в которой отстаивал свои позиции. Но уже в 16 выпуске журнала появилась новая статья Эйнштейна на ту же тему, в которой он признавал свою ошибку и правоту Фридмана. Во всех последовавших изданиях книги «Сущность теории относительности» Эйнштейн специально подчеркивал:

Его (Фридмана) результат затем получил неожиданное подтверждение в открытом Хабблом расширении звездной системы... Последующее представляет не что иное, как изложение идеи Фридмана... Не вызывает поэтому никаких сомнений, что это наиболее общая схема, дающая решение космологической проблемы.

В упомянутой работе «О кривизне пространства» Фридман по существу дал набросок основных идей космологии: об однородности распределения вещества в пространстве и, как следствие, об однородности и изотропности пространства-времени, то есть о существовании «мирового» времени, для которого в каждый момент метрика пространства будет одинакова во всех точках и по всем направлениям. Эта теория важна прежде всего тем, что приводит к достаточно корректному объяснению фундаментального явления - эффекта красного смещения. Полученное Фридманом при указанных предположениях решение уравнений поля является образцом для любых космологических теорий.

Полученные Фридманом в 1922−1924 годах при исследовании релятивистских моделей Вселенной нестационарные решения уравнений Эйнштейна положили начало развитию теории нестационарной Вселенной. Фридман изучил нестационарные однородные изотропные модели с пространством сначала положительной, а затем и отрицательной кривизны, заполненным пылевидной материей (с нулевым давлением). Нестационарность рассмотренных моделей описывается зависимостью радиуса кривизны и плотности от времени, причём плотность изменяется обратно пропорционально кубу радиуса кривизны. Учёный выяснил типы поведения таких моделей, допускаемые уравнениями тяготения, причём модель стационарной Вселенной Эйнштейна оказалась частным случаем. Тем самым опроверг мнение о том, что общая теория относительности требует конечности пространства. Результаты работ учёного продемонстрировали, что уравнения А. Эйнштейна не приводят к единственной модели Вселенной, какой бы ни была космологическая постоянная. Из модели однородной изотропной Вселенной следует, что при её расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию, что было подтверждено в 1929 году Эдвином Хабблом на основе астрономических наблюдений: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра. Теория Фридмана вызвала изначально резкое неприятие со стороны Эйнштейна, но позже Эйнштейн признал неправомерность своей модели Вселенной, назвав космологическую постоянную — Λ-член, введённый им в уравнения как средство для поддержания стационарности Вселенной — своей «самой большой научной ошибкой». По-видимому, Эйнштейн ошибся именно в отношении ошибочности своей модели: в настоящее время общепринятой является космологическая модель ΛCDM (лямбда-CDM), включающая в себя космологическую постоянную Эйнштейна, но без предполагавшейся стационарности.

В журнале «Zeitschrift fur Physik» в 1923 году Эйнштейн разместил заметку, в которой, в частности, указывалось:

Моя критика, как я убедился из письма Фридмана… основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты г. Фридмана правильными и проливающими новый свет. Оказывается, что уравнения поля допускают, наряду со статическими, также и динамические (т.е. переменные относительно времени) центральносимметрические решения для структуры пространства.

В 1923 году опубликовал книгу «Мир как пространство и время», познакомившая читающую публику с теорией относительности.

В том же 1923 году женился на Наталье Евгеньевне Фридман (урождённая Малинина), ставшей впоследствии доктором физико-математических наук, директором Ленинградского отделения Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР. Их сын — Александр Александрович Фридман — родился уже после смерти Фридмана.

С 1923 года — главный редактор «Журнала геофизики и метеорологии».

С июля по сентябрь 1923 года находился заграничной командировке в Германии и Норвегии.

В апреле-мае 1924 года — командирован в Нидерланды для участия в Первом Международном конгрессе по прикладной математике.

В 1924−1925 годах совместно с Л.В. Келлером указал систему характеристик структуры турбулентности потока, построил замкнутую систему уравнений, связав пульсации скорости и давления в двух точках потока в разные моменты времени. Данные исследования заложили основы современной статистической турбулентности.

С 5 февраля 1925 года — директор Главной геофизической обсерватории.

В июле 1925 года с научными целями совершил полёт на аэростате вместе с пилотом П.Ф. Федосеенко, достигнув рекордной по тому времени для советских пилотов высоты 7,4 км (в условиях несовершенства техники, такой полёт требовал большого урона для здоровья из-за нехватки кислорода и т. д.).

В июле-августе 1925 года в свадебном путешествии с молодой женой по Крыму заразился тифом.

Главные направления исследований посвящены динамической метеорологии (теории атмосферных вихрей и порывистости ветра, теории разрывов непрерывности в атмосфере, атмосферной турбулентности), гидродинамике сжимаемой жидкости, физике атмосферы, релятивистской космологии, математике и теоретической механике. Занимался гидромеханикой и гидродинамикой. В капитальном труде «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости» изложил исчерпывающую теорию вихревого движения в жидкости, проблемы возможных движений сжимаемой жидкости при воздействии на нее определенных сил, исследовал кинематические свойства сжимаемой жидкости. Занимался динамической метеорологией. В работах по теории атмосферных вихрей вывел уравнение для определения скорости вихря. Изучал вертикальные атмосферные течения, установлены закономерности изменения температур на различных высотах, заложил основы теории изучения погоды и её прогнозирования. Одним из первых освоил математический аппарат теории гравитации А. Эйнштейна и стал читать в университете курс тензорного исчисления как вводную часть к курсу общей теории относительности. Создал модели нестационарной Вселенной, где предсказал расширение Вселенной. Читал курсы высшей математики и теоретической механики в различных Политехническом институте, Институте инженеров путей сообщения, Военно-морской академии в Ленинграде, создал новые оригинальные курсы: приближенные вычисления и решение численных уравнений, специальные курсы дифференциальной геометрии и тензорного анализа, гидромеханики, прикладной аэродинамики и теоретической механики. Занимался вопросами приложения теории физических процессов в атмосфере к воздухоплаванию.

Скончался 16 сентября 1925 года в Ленинграде от брюшного тифа.

После смерти учёного бельгийский исследователь Ж. Леметр, опираясь на идеи Фридмана, создал свою концепцию возникновения Вселенной в некий определенный момент из одного «атома-отца» — теорию «Большого взрыва» («Big-Bang») — модель Фридмана-Леметра.

В 1931 году постановлением Советского правительства за выдающиеся научные труды посмертно был удостоен Ленинской премии.

Труды

• Фридман А. А. О кривизне пространства. Z. Phys. 10 (1922), pp. 377–386.
• Фридман А. А. Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости / Под ред., с прим. Н. Е. Кочина, с доп. ст. Б. И. Извекова, И. А. Кибеля, Н. Е. Кочина. — Л.; М.: ОНТИ Гос. техн.-теорет. изд-во, 1934. — 370 с.
• Фридман А. А. Мир как пространство и время. Издание второе. — М.: Наука, 1965.
• Фридман А. А. Избранные труды / Под ред. Л. С. Полака. — М.: Наука, 1966. Серия: Классики науки. Разделы сборника: гидромеханика сжимаемой жидкости; динамическая метеорология и физика атмосферы; релятивистская космология; письма; заметки; биография; библиография.

См. также

• Евреи в физике