Фридман Александр Александрович (1888-1925) - русский и советский математик и геофизик

Содержание

1. Фридман Александр Александрович (1888-1925) - русский и советский математик и геофизик.

2. Открытие космологической модели. «Расширение Вселенной».

3. Модели Фридмана с космологической постоянной.

Введение

Изучение состава близких к нам галактик показало, что они, как и наша Галактика, состоят из таких же объектов - звезд, звездных скоплений, туманностей. Это подтверждает вывод, что в «малых» масштабах физические законы, управляющие развитием звезд и звездных систем, в наблюдаемой части Вселенной одинаковы. К тому же, на каждом этапе своего развития, наука просто не может обойтись без определенных «рабочих» моделей (которые всегда подлежат уточнению и заменам), независимо от того, идет ли речь о Вселенной, квазарах или обычных звездах.

Общие закономерности развития и структуры Вселенной изучаются путем построения космологических моделей. Это делается на основании общей теории относительности, созданной Эйнштейном в 1915 г., основные принципы (постулаты) и положения. Впрочем, позже было установлено, что основные характеристики космологических моделей можно получить, исходя из ньютоновых классических представлений (это в наше время показали космологи Э. Милн и В. Маккри).

Построить или создать космологическую модель Вселенной , полагая, что это некоторое геометрическое размерное пространство, - значит получить зависимость для так называемого масштабного фактора от времени, т. е. выяснить, как зависит от времени расстояние (масштаб) между двумя его точками (например, между галактиками). При постановке этой задачи обычно исходят из предположения, что свойства Вселенной для каждого заданного момента времени одинаковы во всех ее точках (свойство однородности пространства) и во всех направлениях (свойство изотропии пространства). Этот космологический принцип однородности и изотропии Вселенной подтверждается наблюдениями: в сверхбольших масштабах в распределении сверхскоплений галактик и в самом деле не обнаружено отклонений от однородности и изотропии.

Итак, в начале прошлого века, после того как Эйнштейн создал теорию тяготения, родилась современная космология, первым автором которой безоговорочно признается наш великий соотечественник Александр Александрович Фридман (1888-1925), а дата отсчитывается от времени публикации первой статьи Фридмана «О кривизне пространства» в 1922 году.

Цель данной работы: рассмотреть космологическую модель Фридмана.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1. Ознакомиться с научной деятельностью А. Фридмана;

2. Изучить процесс открытия А. Фридманом космологической модели;

3. Выделить основные модели Фридмана с космологической постоянной.


Фридман Александр Александрович (1888-1925) - русский и советский математик и геофизик.

А.А. Фридман родился 16 (28) июня 1888 года в Санкт-Петербурге в музыкальной семье. Его отец был артистом кордебалета Императорских Санкт-Петербургских театров, а мать, Людмила Воячек, пианисткой, выпускницей консерватории, дочерью известного чешского музыканта и композитора. Однако маленького Александра влекла не музыка, не театр, с ранних лет он увлекался математикой. В школьные и студенческие годы к этому добавилось еще и увлечение астрономией. В 1906 году Александр Фридман окончил с золотой медалью 2-ю Санкт-Петербургскую гимназию и поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. В том же году 18-летний Александр опубликовал свою первую математическую работу в одном из ведущих научных журналов Германии "Математические анналы" ("Mathematische Annalen"). Годы учебы в университете были решающими для всей дальнейшей судьбы А.А. Фридмана. Его учителем, надежной защитой и опорой стал блестящий математик Владимир Андреевич Стеклов, имя которого носит сейчас Математический институт Академии наук. Профессор Стеклов, перебравшийся в Петербург из Харькова, был необычайно ярким человеком, будущим академиком и вице-президентом РАН. Он оказал огромное влияние на становление молодого ученого.

Еще будучи студентом физико-математического факультета Петербургского университета А.А. Фридман написал ряд работ, из которых одна - "Исследование неопределенных уравнений второй степени" - в 1909 году была удостоена золотой медали. В 1910 году Александр окончил Санкт-Петербургский университет и по рекомендации В.А. Стеклова вместе со своим другом, Я.Тамаркиным, был оставлен на кафедре чистой и прикладной математики для подготовки к профессорскому званию. До весны 1913 года Фридман занимался математикой - руководил практическими занятиями в Институте инженеров путей сообщения (1910-1914), читал лекции в Горном институте (1912-1914). А весной 1913 года, после сдачи магистерских экзаменов, он поступил на работу в Аэрологическую обсерваторию Российской Академии наук в Павловске под Петербургом и стал заниматься изучением способов наблюдения атмосферы, динамической метеорологией (теперь эту область науки называют геофизической гидродинамикой). Кроме синоптики и динамической метеорологии, ему пришлось ознакомиться с теорией земного магнетизма. Скоро он стал выдающимся специалистом в метеорологии и смежных областях. В 1913 году Фридман напечатал в "Географическом сборнике" очень важную работу "О распределении температуры воздуха с высотою". В этой работе он теоретически рассматривал вопрос о существовании верхней инверсии температуры (в стратосфере).

Весной 1914 года Фридман был направлен на стажировку в Лейпциг, где в это время жил известный норвежский метеоролог Вильгельм Фриман Корен Бьеркнес, создатель теории фронтов в атмосфере. Летом того же года Фридман летал на дирижаблях, принимая участие в подготовке к наблюдению солнечного затмения в августе 1914 года. С началом Первой мировой войны Фридман вступил добровольцем в авиационный отряд. В 1914-1917 годах он участвовал в организации аэронавигационной и аэрологической службы на Северном, Юго-Западном и других фронтах. Фридман многократно участвовал в качестве лётчика-наблюдателя в боевых полётах, в разведывательных операциях.

Освоив профессию летчика, А.А. Фридман преподает в школе авиаторов в Киеве. В 1917 году его приглашают для чтения лекций в Киевский университет, а затем он переезжает в Москву. Некоторое время работает на заводе авиационных приборов. Война подорвала его здоровье, у Фридмана обнаружилась болезнь сердца. Врачи не советовали ехать в Петроград, и он выбрал Пермь. В ноябре 1917 года он подает заявление об участии в конкурсе, а 13 апреля 1918 года Фридман занимает должность экстраординарного профессора кафедры механики Пермского университета. До 1920 года профессор А.А. Фридман работал проректором Пермского университета, преподавал курсы дифференциальной геометрии и физики.

В мае 1920 года Александр Фридман взял академический отпуск и уехал в Петроград. Жизнь молодого ученого в первые годы после Революции была очень тяжелой. Одно время он хотел бежать за границу вместе с Тамаркиным, который в итоге эмигрировал один. Но Фридману повезло, в Советской России ему дали возможность работать. В 1920 году в Петрограде он начал работать в Главной физической обсерватории (с 1924 года - Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова), одновременно преподавал в различных учебных заведениях Петрограда - в Политехническом институте (1920-1925), Институте инженеров путей сообщения (1920-1925) и др. В декабре 1920 года ученый сложил с себя обязанности профессора механики Пермского университета окончательно.

В 1923 году А.А. Фридман был назначен главным редактором "Журнала геофизики и метеорологии". Основные работы А.А. Фридмана посвящены проблемам динамической метеорологии (теории атмосферных вихрей и порывистости ветра, теории разрывов непрерывности в атмосфере, атмосферной турбулентности), гидродинамике сжимаемой жидкости, физике атмосферы и релятивистской космологии. В июле 1925 года с научно-исследовательскими целями совершил полет в стратосферу на аэростате вместе с пилотом П.Ф. Федосеенко, достигнув рекордной по тому времени высоты 7400 м. Фридман одним из первых освоил математический аппарат теории гравитации Эйнштейна и начал читать в университете курс тензорного исчисления как вводную часть к курсу общей теории относительности. В 1923 году вышла в свет его книга "Мир как пространство и время" (переиздана в 1965), познакомившая широкую публику с новой физикой.

Научная деятельность Фридмана была сосредоточена главным образом в области теоретической метеорологии и гидродинамики. В этих областях проявился его блестящий математический талант, неизменное стремление и умение доводить решение теоретических задач до конкретного, практического приложения. А.А. Фридман является одним из основоположников динамической метеорологии. Он занимался также вопросами приложения теории физических процессов в атмосфере к воздухоплаванию. Очень много сил он отдал поиску закономерностей, быть может, самых хаотических в мире процессов - процессов в земной атмосфере, которые делают погоду. Несмотря на физически звучащие слова, занимался он, в сущности, математикой - уравнениями в частных производных.

Основным трудом Фридмана по гидромеханике является его работа "Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости" (1922). В ней он 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. Это фундаментальное исследование позволяет считать Фридмана одним из создателей теории сжимаемых жидкостей. В той же работе Фридман вывел общее уравнение для определения вихря скорости, которое приобрело фундаментальное значение в теории прогноза погоды.

Весной 1922 года в главном физическом журнале того времени - "Zeitschrift fur Physik" появилось обращение "К немецким физикам". Имя автора - А.Фридман - физикам было неизвестно. Его статья с названием "О кривизне пространства" касалась Общей теории относительности. Точнее - ее самого грандиозного приложения: космологии.

Именно в этой статье родилось "расширение Вселенной". До 1922 года такое словосочетание выглядело бы полной нелепостью.