Сказка о метеорологе Фридмане, выигравшем спор с великим Эйнштейном

Сверхновые вспыхивают так ярко, что могут затмить собой всю свою галактику. Они стали самыми дальними космическими маяками и позволили открыть ускоренное расширение Вселенной. На фото: сверхновая 1994 в галактике NGC 4526 (внизу слева). Фото НАСА/ЕСА.

Космолог Эйнштейн, прочитав статью метеоролога Фридмана, расстроился. Он понял, что его модель мира хотят разрушить. Но самое могучее оружие теоретиков — 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 основанным на ошибке.

Фридман, прочитав ответ Эйнштейна, тоже расстроился: а кому понравится, что его ловят на ошибке?! Он тоже достал своё главное оружие — ручку, лист бумаги (голова у теоретика и так всегда 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. Свою первую научную статью он опубликовал в престижном немецком журнале «Математические анналы» сразу после школы. Когда в 1910 году Александр закончил математическое отделение Петербургского университета, его оставили на кафедре математики для подготовки к профессорскому званию. Фридман был прикладным математиком и 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-теоретик из России Юрий Крутков, который привёз письмо Фридмана, где тот доказывал, что Эйнштейн ошибся в контррасчётах. Эйнштейн был настоящим учёным и не боялся признаться в своей неправоте. Убедившись, что Фридман прав, он опубликовал в журнале заметку, где признавал, что в его расчётах есть ошибка.

— Какой честный человек! Ради правды не побоялся разрушить свою такую красивую модель Вселенной! — восхитился Андрей.

— Да, но это означало, что прежняя стационарная космология неверна. И из уравнений Эйнштейна стараниями Фридмана на свет появляется новая, динамическая, модель Вселенной — молодой и нестабильной. Оценка Фридманом её возраста оказалась очень близка к современным данным! Более того, учёный показал, что в разлетающейся Вселенной, чем дальше галактика от земного наблюдателя, тем быстрее она улетает. Именно этот факт позже доказал американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл. Это была подлинная революция в миростроении. Фридман доказал, что наблюдаемая Вселенная не вечна, беспокойна и находится в полёте. В 1925 году Александр Александрович Фридман заболел и умер. Ему было всего 37 лет, но он успел внести неоценимый вклад в мировую науку. У него остался выдающийся ученик — Георгий Антонович Гамов, автор теории Большого взрыва и ряда других известных концепций в физике, астрономии и биологии.

Признав работы Фридмана, учёные долгое время думали, что окончательная модель расширения Вселенной найдена и осталось только уточнить её возраст. Но звёзды, особенно сверхновые, «посмеялись» над людскими надеждами. Сверхновые — вспыхивающие маяки космоса — позволили расшифровать свои сигналы, и в 1998 году сразу две группы астрономов (под руководством австралийского астрофизика Брайана Шмидта и американского астрофизика Сола Перлмуттера) объявили, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Эта новость категорически противоречила общим теоретическим представлениям, по которым следовало, что расширение Вселенной замедляется (как движение камня, подкинутого вверх).

Кто из швыряющих камни в воду предполагает, что они будут ускоряться и улетать в космос?

— Таких фантазёров я ещё не встречал! — рассмеялся Андрей.

— Но именно такое неприличное поведение демонстрирует непокорная Вселенная.

Космологи забыли спокойные времена и углубились в новую проблему. Как происходит 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? Для объяснения этого эффекта одни вводят новые физические силы или пространственные размерности, другие предполагают, что сам вакуум, вернее, его странная отрицательная энергия вмешалась в жизнь Вселенной и изменила её.

— Что такое отрицательная энергия? Энергия, с помощью которой можно заморозить чайник? — спросила Галатея.

— 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 физики отвергли смелую трактовку Эддингтона-Эйнштейна, в которой они решили отказаться от закона сохранения энергии?

Окончательного ответа на эти вопросы пока нет. Наблюдатели ловят в телескопы всё более далёкие сверхновые звёзды, которые должны прояснить вопрос об изменении ускорения далёких галактик. Теоретики ломают головы и компьютеры в поисках причины ускорения разлёта нашего мира.

Ну а кроме того, есть ещё одна загадка. 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?

Многие загадки нашего мироздания ещё не разгаданы. Может, их найдут те, кто прочитает эту сказку.

— Я их первая найду! — заявила Галатея и погрозила кому-то крепким кулачком.

«Наука и жизнь» № 12, 2012.