100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

Согласно Бредихину, хвосты комет подразделяются на три типа: I тип – прямые и узкие, направленные прямо от Солнца, с самой большой отталкивательной силой; II тип – широкие и немного искривленные в виде рога, уклоняющиеся от Солнца, с отталкивательной силой средней величины; III тип – короткие, слабые, сильно уклоненные от центрального светила, с чрезвычайно низкой отталкивательной силой.

Полагая, что все хвосты газовые, астроном высказал догадку, что отталкивательные силы обратно пропорциональны молекулярному весу, то есть хвосты разных типов отличаются друг от друга по химическому составу. Позднее ученый своими спектральными наблюдениями определил некоторые химические элементы хвостов, а окончательно состав был установлен уже в XX в. Тогда же было найдено, что чаще всего встречаются хвосты I типа, а хвосты III типа – крайне редки.

Таких же впечатляющих результатов Бредихин достиг и в развитии теории образования метеорных потоков в результате распада ядра кометы. Высказав гипотезу об образовании некоторых комет путем отделения частей от кометы-родоначальницы, движущейся по параболической орбите (1889), Бредихин истолковал существование семейств комет – групп комет с идентичными орбитами. Ученый обратил внимание на небольшие аномальные хвосты, направленные не от Солнца, а к Солнцу. Получалось, что на частицы в этих хвостах отталкивательные силы не действовали – что было возможно только для крупных частиц, а не пыли или газа. На этом посыле астроном обосновал свою знаменитую теорию происхождения падающих звезд (метеоров) – одну из самых изящных теорий астрономии.

В зависимости от начальной скорости частиц, излетевших из ядра, одни из них покидают Солнечную систему по гиперболическим орбитам, а другие остаются пленниками системы и, вращаясь по эллиптическим орбитам, рано или поздно проливаются на Землю звездным дождем.

Как выяснилось со временем (и выясняется до сих пор) вся научная и организаторская деятельность Бредихина обладала удивительным эффектом дальнодействия.

Созданная Бредихиным школа астрофизиков – В.К. Цераский, А.А. Белопольский, С.К. Костинский, П.К. Штернберг и др. – содействовала быстрому развитию основных направлений астрофизики в нашей стране, причем стараниями не только учеников Федора Александровича, но и учениками его учеников, одной из любимых тем исследований которых остаются кометы.

Технически оснащенная Бредихиным по последнему слову науки и техники и реорганизованная по кадровому составу Пулковская обсерватория дала миру немало выдающихся научных открытий. Этой реорганизации многие русские астрономы обязаны своим профессиональным ростом, а отечественная наука поистине астрономическими достижениями.

Собственные разработки и идеи Бредихина неувядаемы и по сей день. Революционный подход астронома к решению самых трудных проблем вдохновляет его потомков на такие же славные дела.

РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ ФРИДМАНА

Математик, механик, физик, геофизик, астроном, космолог, инженер, метеоролог, популяризатор теории относительности; профессор Пермского и Петроградского университетов; сотрудник Аэрологической обсерватории в Павловске под Петербургом; участник Первой мировой войны, летчик-наблюдатель, один из организаторов аэронавигационной и аэрологической службы на Северном и других фронтах; создатель и первый директор завода «Авиаприбор» в Москве; директор Главной геофизической обсерватории; главный редактор «Журнала геофизики и метеорологии»; лауреат Премии им. В.И. Ленина (посмертно), Александр Александрович Фридман (1888–1925) знаменит в мире как создатель теории нестационарной Вселенной, ставшей основным теоретическим развитием общей теории относительности А. Эйнштейна.

Один из важных разделов современной астрономии – космология – изучает свойства и эволюцию Вселенной в целом. Занимаются этой наукой математики, физики, астрономы, философы, богословы, а ее возникновение связано с жаждой человечества иметь полное описание Вселенной, в которой оно обитает. По словам знаменитого астронома Э. Хаббла, «стремление к знаниям древнее истории. Оно не удовлетворено, его нельзя остановить». Из русских ученых наибольший вклад в развитие космологии внес А.А. Фридман. Собственно, с него и начался современный этап развития этой науки. Более того, научное сообщество считает открытие Фридманом расширяющейся Вселенной одним из великих интеллектуальных переворотов XX в.

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.