Александр Александрович Фридман, один из создателей теоретической метеорологии, писал в начале двадцатых годов:

«Все хорошо знают, насколько человеческая жизнь и деятельность зависят от погоды и от тех явлений (бурь, ливней, гроз), которые время от времени бороздят земную атмосферу.

Загадка законов, управляющих атмосферными явлениями, лежит, безусловно, в не исследованных еще свойствах вихрей. Лучше всего поведение вихрей познается на соответствующей высоте, где вихри являются как бы „очищенными“ от влияния земной поверхности».

Ныне на «соответствующую высоту» в сотни километров подняты наши метеорологические спутники.

А Фридман, чтобы наблюдать «очищенные» от влияния земной атмосферы процессы, сам стремился подняться как можно выше над землей.

Семнадцатого июня 1925 года директор Главной геофизической обсерватории профессор Фридман на аэростате, пилотируемом Павлом Федоровичем Федосеенко, достиг 7200 метров.

Это был русский рекорд высоты.

Полет протекал драматически, острых минут было предостаточно.

«На высоте 6000 м мы почувствовали необходимость „закусить“ кислородом, — рассказывал потом Фридман. — Пока мы возились с вдыханием кислорода, произошло несчастье. Среди полной тишины раздался оглушительный взрыв, мы взглянули наверх и видим, что аэростат весь окутан дымом. Сейчас же мелькнула мысль: „горим“, шансов на спасение в этом случае очень мало. Потом дым рассеялся, и мы увидели, что наш „кислородный сундук“ лопнул. За дым мы приняли облако, которое образовалось из охладившегося и сконцентрировавшегося кислорода».

Потеря основного запаса кислорода сперва показалась чуть ли не пустяком. Но час спустя Фридман случайно разорвал два шара-пилота, в которых тоже хранился кислород.

«Пульс учащается, — вспоминал П. Федосеенко. — Профессор Фридман отказывается принимать кислород, оставляя его для меня, как ведущего шар, приходится почти силой заставлять его вдыхать кислород, убеждая, что мы обоюдно должны поддерживать друг друга. В легких ощущается какая-то пустота. С большими усилиями, помогая друг другу, принимаем кислород».

«Зная, что наш запас кислорода чрезвычайно мал, я все время упорно отказывался дышать им, сберегая кислород для пилота, — рассказывал, в свою очередь, Фридман. — Соображения у меня были простые — пилот был сильнее меня, мог лучше вынести недостаток воздуха, и именно ему, умевшему управлять шаром, надо было сохранить максимальную свежесть, я же мог находиться в полуобморочном состоянии и, спокойно лежа в корзине шара, достигнуть нижних плотных слоев, если только пилот сохранит способность управлять аэростатом. Словом, кислород в первую очередь нужен был пилоту, а не мне. Однако самоотверженный т. Федосеенко угрозами заставил меня „кормиться“ кислородом, и думаю, что этим его угрозам я в значительной степени обязан жизнью».

Больше Фридману летать не пришлось. Через два месяца после полета он заболел брюшным тифом и его не стало.

А великолепный воздухоплаватель Павел Федорович Федосеенко погиб в январе 1934 года вместе с Васенко и Усыскиным, когда стратостат «Осоавиахим-1» впервые вознес людей в стратосферу на двадцать два километра.

…Обоих, и Фридмана и Федосеенко, хорошо знала Пелагея Яковлевна Полубаринова-Кочина.

Крупный ученый-гидродинамик, академик Полубаринова-Кочина в двадцатые годы преподавала математику в институте Гражданского воздушного флота, и рыжебородый Павел Федосеенко был ее учеником. А сама Пелагея Яковлевна, так же как и ее муж, ныне покойный академик Николай Евграфович Кочин, выдающийся механик, автор классических работ по гидро- и аэродинамике, были близкими учениками Фридмана. Лишь недавно поженившись, они и в жизни и в науке делали первые шаги.

Начало двадцатых годов, когда после революции и гражданской войны происходило становление нашей науки, неизбежно и естественно было временем патриархальных отношений в среде ученых. И те, кому не только его талант и знания, но характер и принципы помогали быть настоящим учителем, старшим товарищем своих учеников, те становились родоначальниками научных школ. Таким был и Фридман. А трудный быт, убогие условия жизни, как ни странно, этому лишь способствовали.

Действительно, что собой представляла тогда даже самая крупная научная школа? Маленький тесный кружок единомышленников в науке, группирующийся вокруг своего руководителя, людей, наукой глубоко увлеченных, глубоко ей преданных, не извлекающих из своей работы никакой выгоды, никакой награды, кроме возможности заниматься тем, что тебя больше всего интересует.

Жалкое помещение или отсутствие такового. Ничтожное оборудование. И по необходимости существование на глазах друг у друга, когда неизвестно, где кончается работа и начинается частная жизнь.

Все эти общие рассуждения целиком относятся к Фридману и его школе. Пелагея Яковлевна Кочина хорошо помнит, как это было тогда, в начале двадцатых годов.

Сперва геофизическая обсерватория вовсе не имела собственного помещения, и гимназический товарищ Фридмана Тамаркин сдал часть своей квартиры под отдел теоретической метеорологии. Пелагея Яковлевна и несколько других сотрудников работали там, на Васильевском острове. Потом начались холода, квартира не отапливалась. Пребывание в отделе стало невозможным.

Очень часто встречались дома у Фридмана. Квартира у него была неуютная — две большие комнаты, крайне скромно обставленные простой мебелью, и маленькая проходная столовая. Кабинет Александра Александровича тоже был сверхскромен и малоудобен. К тому же развалился соседний дом и обнажившаяся стена все время была сырой.

Фридман был аскетического склада, с худощавым лицом и фигурой. Но несмотря на слабое здоровье, был полон энергии и заставлял много работать своих сотрудников. К нему надо было ходить и утром, и днем, и вечером. Он вызывал к себе и поодиночке и группами. По вечерам устраивал семинары у себя на квартире, читал лекции в университете, на которых его сотрудники обычно тоже присутствовали.

К сотрудникам Фридман был очень внимателен, заботился о них постоянно. Забота сочеталась в нем с откровенностью в суждениях и непримиримостью. В высказываниях о людях был резок и некоторых этим восстанавливал против себя. Но многие его очень любили. Иногда он мог кого-нибудь обругать и заочно — с расчетом на то, что провинившемуся передадут и это послужит уроком и ему и другим. Но себя тоже часто и резко бранил; самокритика, нередко доходящая до самоуничижения, была у него очень развита. И сотрудники могли ему делать замечания, он всегда прислушивался к ним. Вместе с тем любил подчеркивать успехи своих учеников.

Однажды он предложил Николаю Кочину сложную задачу — рассчитать, возможно ли образование вихрей без притока энергии извне. Кочин эту задачу успешно разрешил.

— А я-то не мог догадаться, — сказал тогда Фридман, — чесал левой рукой правое ухо.

В другой раз он сказал с полной искренностью:

— Я-то что, вот мои сотрудники талантливые.

Часто бывает, что ученый поддерживает своих учеников, пока они еще не достигли больших высот, например, только стали кандидатами. А когда те уже становятся докторами, то морщится. Фридман всегда поддерживал своих учеников, их продвижение вперед неизменно радовало его. При этом он очень спокойно относился к своим собственным, личным достижениям. Вероятно, потому он любил работать коллективно, в сотрудничестве с другими учеными.

Александр Фридман родился в Петербурге, в семье, профессией которой была музыка. Отец его, тоже Александр Александрович, написал музыку для нескольких маленьких балетов — несколько музыкальных сопровождений. Как будто бы он собирался стать танцовщиком, но не стал, однако страсть к балету, связь с ним сохранил на всю жизнь. Мать, Людмила Игнатьевна, была дочерью чешского композитора Игнатия Воячека, сама преподавала игру на фортепьяно. Брак родителей вскоре расстроился, вероятно по вине матери, как глухо упоминал Фридман.

Дед по отцовской линии, Александр Фридман, служил лекарем Преображенского полка, был женат на солдатской дочери Елизавете Николаевне и в начале девятисотых годов жил со своей дочерью Марией Александровной в помещении Зимнего дворца.

Там, у тетки, и воспитывался Саша Фридман после того, как родители его расстались друг с другом. К тому же отец часто гастролировал с театром, выезжал за границу, а мать переселилась в Царское Село. Мария Александровна была культурной женщиной, хорошей пианисткой и серьезно относилась к воспитанию племянника.

Фридман, как он сам говорил, не унаследовал родительских способностей к музыке, хотя любил ее слушать. Все его интересы с самых ранних лет сосредоточились на математике.

…Наказания бывают разные. Родные придумали для маленького Саши очень жестокое — за провинности ему запрещалось заниматься математикой. По-видимому, наказания эти не сходили для него легко; они запомнились на всю жизнь, он даже рассказывал о них жене. Екатерина Петровна Фридман уже после смерти мужа вспоминала: «Математика была как-то органически соединена с ним. В детстве для него было придумано самое строгое наказание, усмирявшее его непокорный нрав: его оставляли без уроков арифметики».

И еще одно наказание запомнилось — на этот раз пострадал он как раз за математику. Совместно со своим товарищем Тамаркиным написали они исследование о числах Бернулли и послали его за границу в научный журнал. Вскоре пришел ответ с комплиментами и сообщением, что работа будет напечатана. Взрыв восторга произошел прямо на уроке. Гимназическое начальство не сочло повод уважительным или не пожелало в нем разобраться, и оба «именинника» были выгнаны из класса. А в 1905 году работа действительно появилась в авторитетнейших «Анналах математики», которые издавали Клейн и Гильберт.

В биографии этого глубокого мыслителя и тонкого теоретика много экзотического. Вот кто никогда не был тихим кабинетным ученым, хотя иногда ему этого очень хотелось. Может потому, что время было уж очень не тихим? Сознательная жизнь Фридмана, двадцать лет из тридцати семи, пришлась на годы от 1905 до 1925. Сколько бурь они вместили! А Фридмана словно притягивали к себе все бури — и в природе и в жизни.

В годы первой революции Саша Фридман продолжал жить в Зимнем дворце. Конечно, трудно было найти лучшее место, чтобы писать листовки с призывами свергнуть самодержавие. Дед и тетка, естественно, не поощряли такое занятие и держали «бунтовщика» взаперти. Тогда товарищ Фридмана Володя Смирнов — впоследствии тоже крупный математик, академик Владимир Иванович Смирнов — взял на себя роль распространителя «крамолы».

Относительно спокойными были годы в Петербургском университете. Спокойными, но наполненными напряженнейшей учебой и научными исследованиями — самостоятельными и коллективными. Потребность в постоянном творческом общении началась у Фридмана очень рано и прошла через всю его жизнь. Натура деятельная, собранная и сильная, он постоянно бывал душой и центром математических кружков — и в гимназии, и в университете, и после окончания его.

Потом, во «взрослой жизни», он также сплачивал вокруг себя даровитых учеников, тех, кого не страшила ни трудная работа, ни требовательность, доходящая порой до беспощадности.

Еще в юности Фридман сблизился со своим университетским учителем академиком Стекловым, выдающимся математиком. Свидетельство этой близости — постоянная переписка, письма, которые писал Фридман всякий раз, разлучаясь со Стекловым: из Петербурга, когда тот уезжал из города, с фронта, из Москвы и из Перми, где Фридман провел первые послевоенные годы. Стеклов всегда принимал деятельное и горячее участие в делах Фридмана. Теплые отношения сохранились до конца жизни обоих — Владимир Андреевич Стеклов едва успел проводить в последний путь любимого своего ученика и вскоре скончался…

Письма Фридмана многое говорят о его характере, отношении к жизни, науке, к своей работе. Они самые правдивые рассказчики — откровенные и безыскусственные.

Летом десятого года Фридман не без горького юмора пишет уехавшему отдыхать Стеклову:

«Новостей у нас в Питере совсем мало. Ждем на побывку чуму, а пока довольствуемся холерой и плакатами о сырой воде».

Через год сообщается о другой новости, которая не затронула Петербурга и не привлекла ничьего внимания; она касалась одного лишь автора письма, но для него была совсем немаловажной:

«Пришлось мне вспомнить изречение, о котором Вы говорили этой весной: „Поступай как знаешь, все равно жалеть будешь“. Дело в том, что я решил жениться. Я уже говорил Вам в общих чертах о своей невесте. Она учится на курсах (математичка); зовут ее Екатерина Петровна Дорофеева; немного старше меня; думаю, что женитьба не отразится на занятиях неблагоприятно. Впрочем, в таких делах, как мое, рассуждения всегда приходят post factum, действия же всегда производятся на основании чувства. Я пишу Вам о своем решении только теперь, за несколько дней (собственно говоря, даже часов) до свадьбы, т. к., зная непостоянство характера своего, боялся сообщить Вам ложные сведения».

За ироничным по отношению к своей особе и в то же время сдержанным, нарочито сухим, информационным тоном угадывается человек сильных чувств… Нет, Фридману не пришлось жалеть о случившемся. И женитьба «не отразилась на занятиях». Наоборот, Екатерина Петровна была неизменно верным и трудолюбивым помощником своего предельно занятого мужа, всегда работавшего до истощения и на истощение — с утра до утра. И вероятно, никто, как она, не чувствовал так глубоко, не понимал всю сложную, мятущуюся натуру этого человека, которому всегда хотелось объять необъятное, всегда всего было мало — работы, времени, знаний. И никто не принимал так близко к сердцу вечную его неудовлетворенность собой.

Интерес к той области науки, которая стала основной его специальностью, к механике — «раю математических наук», по словам Леонардо да Винчи, и, в частности, к механике сплошных сред, гидро- и аэродинамике — определился у Фридмана довольно рано.

Еще студентом, оканчивая физико-математический факультет Петроградского университета, он увлекся динамической метеорологией, то есть теорией движения атмосферы. Эта проблема продолжала его интересовать и дальше. Поэтому, когда академик Борис Борисович Голицын, ставший в 1913 году директором Главной геофизической обсерватории, предложил Фридману должность физика в Павловской аэрологической обсерватории, тот с радостью согласился. Интенсивная деятельность началась с первых же дней. Не прошло и года, как в печати стали появляться работы Фридмана.

В 1914 году Фридмана послали в Лейпциг — там в то время работал профессор Бьеркнес, глава норвежских метеорологов.

Норвегия — страна мореплавателей, рыбаков и путешественников. Не удивительно, что именно ее ученые особенно активно пытались проникнуть в тайны атмосферных бурь и циклонов, раскрыть секреты мировой «кухни погоды».

В Европе готовились к встрече полного солнечного затмения, которое приходилось на август четырнадцатого года. Фридман тоже участвовал в подготовительных работах для аэрологических наблюдений во время затмения, несколько раз летал для этого на дирижаблях — тогда и началась его «воздушная болезнь», непреоборимая страсть в полетам.

Но август четырнадцатого года принес не только затмение солнца, случилось другое затмение, куда более жуткое и долгое, — разразилась мировая война.

Освобожденный от военной службы, Фридман вступает в добровольческий авиационный полк.

На войне как на войне: «Превосходство сил противника ясно. Союзники наши как-то мешкают; это объясняется их привычкой к комфортабельной войне в прекрасно отмеблированных окопах», — пишет Фридман Голицыну.

Но ученый, верно, никогда не перестает быть ученым, даже если он служит летчиком-наблюдателем.

«Оказывается, что бомбы падают почти так, как и следует по теории», — написал Фридман Стеклову после удачного полета, во время которого он проверял созданную при его участии теорию бомбометания.

Разведка донесла, что, когда бомбы точно накрывали цель, немецкие солдаты говорили:

— Сегодня летает Фридман.

Прицельное бомбометание — теория, расчетные таблицы — одна сторона деятельности Фридмана на фронте. Он себе поставил и другую, главную задачу: организовать аэронавигационную службу в армии, создать сеть аэрологических станций, обучить наблюдателей-аэрологов, распространить эту работу на все фронты. Фридман становится руководителем Центрального управления аэронавигационной службы. Это исполнение долга.

Но есть и личный интерес: «на одном из аппаратов я установил телескоп (кометоискатель)», — пишет Фридман Голицыну.

В те же месяцы Стеклов получает с фронта длинное письмо с уравнениями, интегралами — письмо, оканчивающееся почти что извинением.

«Не сердитесь, дорогой Владимир Андреевич, что я так разболтался; очень уж хочется поговорить о научных вопросах, от которых я теперь так далек»; потом, другим почерком: «Мне пришлось на половине прервать это письмо и лететь на охрану нашего змейкового аэростата от неприятельских аэропланов. Наблюдая в бинокль за стрельбой, которую вела по нас вражеская батарея, я с каждой вспышкой, с каждым выстрелом думал: „А вдруг письмо останется недописанным, вдруг через 8–10 секунд от аэроплана останутся лохмотья и он турманом полетит вниз, вдруг конец“.

Иногда надоедает война, хочется скорей победы, оглушительной, сильной…»

Бывали эпизоды и пострашней — «на войне как на войне».

«На вираже над оврагом вдруг сдал мотор, и, если бы не чудо да не искусство летчика, мы врезались бы на полной скорости в овраг!»

«Первый полет был на Фармане-15, летчик передал мне управление, и я несколько минут вел аппарат в воздухе, а летчик стрелял в немцев из карабина; второй бой был грандиознее: мы схватились с двумя неприятельскими аэропланами, из которых один был вооружен пулеметом; самое ужасное было слышать дробь пулемета, целившегося в нас; расстояние между аэропланами было ничтожное, и я считаю чудом, что спасся от смерти. Из неблагополучных полетов следует упомянуть два: во время одного из них с земли сильный вихрь бросил аэроплан; он скользнул на крыло, и мы разбились вдребезги, то есть не мы, вернее, а аэроплан».

Вихри сводили с Фридманом старые счеты! А он на собственной шкуре познавал все их коварство. Но, как вспоминает Пелагея Яковлевна Кочина, Фридман всегда был смелым человеком. А высота, воздух тянут по-прежнему остро.

«Я думаю по окончании своей аэрологической миссии научиться летать, — пишет Фридман Стеклову, — вещь эта теперь утратила свою острую опасность и может быть с огромным успехом применена к метеорологии, особенно к синоптике».

И опять: «В отряде, скуки ради, я немного учусь летать».

«За разведки я представлен к Георгиевскому оружию, — в этом же письме рассказывает он Стеклову, — но, конечно, получу ли — большой вопрос. Конечно, это как будто мелочность с моей стороны — интересоваться такими делами, как награда, но что поделаешь, так, видно, уж устроен человек, всегда ему хочется немного „поиграть в жизнь“».

Свершилась революция. Советская Россия вышла из войны. Впереди, несмотря на огромные трудности бытия, и общего и личного, несмотря на болезнь сердца, перед Фридманом снова замаячила научная деятельность. Но оказалось, что путь к ней не скор и не прям.

Сначала была Москва, в которой не нашлось работы, потом Пермь, где Фридмана избрали профессором недавно созданного университета. В Перми Александр Александрович постарался сделать как можно больше полезного. Он и преподавал, и налаживал научную работу, и участвовал в издании журнала. Не миновала его и политическая борьба, когда Пермь захватил Колчак. Эти события он потом описал:

«По мере того как Колчаковия делалась все более и более черносотенной, что обусловливалось временными походами белых, стало замечаться резкое расслоение в рядах пермской интеллигенции, часть которой окончательно окрасилась в черный цвет, а другая часть стала все более и более подозрительно смотреть на „махры“ расцветающей власти. Это разделение было источником большого количества столкновений в совете университета.

Завершительным актом многих нелепых поступков пермской профессуры была эвакуация Пермского университета при отступлении белых. К счастью, она не удалась, и только личному составу и ничтожной части грузов удалось проехать в Томск».

Пермь освободили. Оставшаяся часть преподавателей взялась за восстановление университета, заново налаживала его жизнь. Но Фридмана все больше и больше тянуло к прежним занятиям.

Однако лишь в двадцатом году удалось ему вернуться в «отчий дом» — в Павловскую аэрологическую обсерваторию под Петроградом.

Теперь, после долгих лет войны, после скитаний, Фридман целиком погружается в науку. Снова одна за другой выходят его работы: «О вертикальных течениях в атмосфере», «О распределении температуры с высотой при наличности лучистого теплообмена Земли и Солнца», «Об атмосферных вихрях с вертикальной и горизонтальной осью», «Идея вращающейся жидкости в атмосферных движениях».

«Целый вихрь новых идей захватывал его с неудержимой силой», — вспоминала жена.

Метафора эта — «вихрь идей» — была явно не случайна в семье Фридмана.

В 1922 году, обобщая огромное число исследований, как собственных, так и своих предшественников и коллег, Фридман заканчивает большую работу «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости», которая стала его докторской диссертацией.

Теоретическая метеорология — нынешняя, современная наука, в большой степени развитая Фридманом и его учениками, ведет свое истинное начало именно от этой диссертации.

Атмосфера, окружающая поверхность земли… Воздух… Можно ли считать его газом, да еще идеальным, подчиняющимся простым и известным законам газовой динамики? Когда атмосфера совершенно спокойна — можно, хотя и с известной натяжкой. Но в редком своем спокойствии она хоть и приятна, но наименее интересна. Всякое движение ее, пусть самое невинное — воздушные потоки, слабые ветры, — и уже нужны новые законы, иной подход. Какой? Его и предложил Фридман.

Этот подход заключен уже в самом названии его диссертации — «Гидромеханика сжимаемой жидкости». Здесь «жидкость» — общее имя, объединяющее два агрегатных состояния: газ и собственно жидкость. Главное отличие этих состояний, если подходить к ним с позиций механика, в частности метеоролога, в том, что газ есть сжимаемая жидкость, а вода — несжимаемая. Поэтому воздух, представляющий собою смесь газов, надо рассматривать как сжимаемую жидкость, притом весьма непростую. Например, давление такой жидкости будет зависеть не от одной лишь ее плотности, но также и от температуры.

Фридман начинает в самом широком виде разрабатывать гидродинамику такой сжимаемой жидкости. Он стремится учесть все основные особенности, все сложности, которыми так богата земная атмосфера: влияние силы тяжести и отклоняющей силы вращения Земли; и зависимость плотности воздуха от давления и температуры; и изменение самих плотности и температуры из-за притока солнечного тепла и лучеиспускания тепла Земли в околоземное пространство.

Фридман специально изучает движение атмосферных вихрей, циклонов — недаром он говорит, что загадка законов, управляющих атмосферными явлениями, лежит в неизведанных еще свойствах вихрей. Для решения всех этих вопросов мобилизуется мощный математический аппарат, которым Фридман не только в совершенстве владел, но и сам участвовал в его создании.

Один из его друзей говорил потом, что «последние пять лет жизни этого удивительного человека были полны буквально самозабвенного труда в новых областях и с новыми головокружительными успехами».

Последние пять лет… Фридман и не подозревал, как близок его конец. Судьба отпустила ему всего лишь тридцать семь лет жизни.

Дни болезни Фридмана совпали с торжествами, посвященными двухсотлетию Академии наук. Юбилей праздновался широко и долго, сначала в Ленинграде, а потом в Москве. Съехалось много гостей — со всей страны и из-за рубежа.

В то время как Александр Александрович безуспешно пытался побороть болезнь, гость Академии, директор Прусского метеорологического института профессор Фиккер, говорил как раз об успехах советской метеорологии, и прежде всего Главной геофизической обсерватории, директором которой был Фридман:

— Ленинградская Главная геофизическая обсерватория сумела за это время стать во главе двух направлений научной метеорологии. Хорошо поставленный здесь метод математических вычислений сделал возможным устройство специального отдела по теоретической метеорологии, какого в настоящее время нельзя найти ни в одном метеорологическом институте мира. Сейчас Ленинградская главная геофизическая обсерватория занимается выработкой методов, которые позволят предсказывать погоду на более значительные промежутки времени. Конечно, проблема эта окончательно не решена, но я могу сказать, что русская метеорология ближе всех стоит к ее разрешению. Из того, что мною сказано, следует, что русская метеорология играет в настоящее время руководящую роль в мировой метеорологии…

…16 сентября Фридмана не стало. На следующий день в Москве был вечер Академии наук. Нарком просвещения Анатолий Васильевич Луначарский открыл собрание горестным сообщением.

— Большая потеря постигла нас. Умер профессор Фридман.

Если полистать научные авиационные газеты и журналы осени 1925 года — на их страницах скорбь и печаль. Ушел, и так несправедливо рано, замечательный человек. «Ушел человек, которого некем заменить, второго такого нет», — так говорили те, кому довелось работать и общаться с ним.

И профессор Фиккер писал Стеклову: «Только одна тень будет навсегда омрачать воспоминания об этих днях — смерть А. А. Фридмана, в котором Вы потеряли одного из самых блестящих учеников и которого будет оплакивать каждый метеоролог. Крепчайшая надежда теоретической метеорологии отошла с ним».

Казалось, Фридман отдал метеорологии свою недолгую, так интенсивно прожитую жизнь всю целиком. Но если спросить физиков, кем был Александр Фридман для науки, почти наверняка большинство из них без колебания ответят: он открыл — или предсказал — самый грандиозный процесс во вселенной — расширение ее пространства. Или, проще, Фридман был создателем теории расширяющейся вселенной.

Да, так получилось, что главное дело своей жизни, потому что теория расширяющейся вселенной стала главным его вкладом в большую науку, Фридман сделал как будто бы между делом.

Долгое время вершиной в науке о вселенной был закон всемирного тяготения Ньютона. Спустя два с четвертью века он уступил это звание общей теории относительности Эйнштейна.

«Ньютон, прости меня. В свое время ты нашел тот единственный путь, который был пределом возможного для человека величайшего ума и творческой силы», — сказал Эйнштейн в конце своей жизни…

…Начав революцию в физике созданием специальной теории относительности, Эйнштейн не остановился на полпути. Он решил заключить в рамки новой теории то взаимодействие материальных тел, которое называется тяготением.

Уже специальный принцип относительности подорвал основы теории всемирного тяготения. Одно из главных следствий этого принципа гласило, что скорость распространения света в пустоте вообще является предельной скоростью любых реальных процессов, протекающих в природе. Ни одно тело не может двигаться быстрее, ни один сигнал не может распространяться скорее, чем свет в пустоте.

Значит, никакого мгновенного действия вообще быть не может! Не может быть мгновенного дальнодействия и в теории тяготения Ньютона. Влияние массы одного тела на массу другого распространяется с конечной скоростью. И передается это влияние посредством поля. Подобно тому как вокруг движущихся электрических зарядов создается электромагнитное поле, так в пространстве, окружающем всякое тело, создается поле тяготения. На смену идее мистического дальнодействия пришло убеждение в существовании совершенно реального, физически реального гравитационного поля.

Общая теория относительности Эйнштейна и есть новая теория тяготения.

Вся безграничная вселенная наполнена телами, будь то гигантские звезды или частицы космической пыли. Массы этих тел — величина масс, их взаимное расположение, их относительное движение — создают поля тяготения, гравитационные поля.

Гравитационные поля существуют и меняются в пространстве и во времени. И свойства этих полей накладывают неизгладимый отпечаток на то пространство и на то время, в котором они существуют. Эйнштейн показал, что это значит. «Неизгладимый отпечаток» проявляется физически в том, что тяготеющие массы искривляют четырехмерный мир пространства-времени, в котором движутся тела. В свою очередь, это искривленное пространство-время — поле тяготения определяет движение масс, их траекторию, их скорость.

Так теория относительности объяснила движение всех масс, всей материи — от лучей света до звездных галактик. Объяснила открытой ею «обратной связью» космических масштабов: движение масс вызывается искривлением пространства, искривление пространства вызывается населяющей его материей. Или — массы рождают поле, поле управляет движением масс.

В этом суть закона всемирного тяготения Эйнштейна, такая «обратная связь» существует в любом доступном наблюдению уголке вселенной.

Геометрия такого искривленного четырехмерного мира уже не будет эвклидовой. Правда, «отклонение от эвклидовости» пространства очень невелико даже вблизи огромных масс. Тем не менее именно оно, это отклонение, определяет всю картину строения вселенной.

Ясно, что и вопрос о трехмерной геометрии, о структуре нашего реального пространства становится чисто физическим, как это более ста лет назад предсказывали Лобачевский и Риман.

Объяснив, что происходит во вселенной, общая теория относительности стала перед новой задачей: ей предстояло теперь определить строение всей вселенной в целом. Такой путь развития эйнштейновской теории был вполне закономерен. И так же закономерно, что первый шаг на этом пути сделал сам Эйнштейн. В 1917 году появилась его работа «Вопросы космологии и общая теория относительности».

Ньютон полагал, что пространство наше бесконечно и бесконечно число звезд, его населяющих. Если бы число звезд было конечным, то, по расчетам, сила взаимного притяжения заставила бы их собраться воедино, в гигантский звездный клубок, а этого ведь не случилось. Но, с другой стороны, бесконечное количество равномерно распределенных в ньютоновом пространстве звезд должно было бы создавать яркую и равномерную освещенность всего неба, а ведь и этого на самом деле тоже нет.

Кроме того, из расчетов следовало, что в бесконечности само тяготение должно возрастать бесконечно, а такое не может не вызвать огромной скорости движения небесных тел. Это так называемый «гравитационный парадокс», который привел в большое смущение физиков, потому что на опыте ничего подобного не наблюдалось.

Трудности, рожденные бесконечностью вселенной, трудности, поначалу казавшиеся столь же неразрешимыми, встали и перед Эйнштейном. Но выход надо было найти. И Эйнштейн искал — мучительно и напряженно.

В конце концов, чтобы обойти эти трудности, Эйнштейн предложил рассмотреть иную возможную форму нашей вселенной — конечную, пространственно-замкнутую.

Он говорил: «…развитие неэвклидовой геометрии привело к осознанию того факта, что можно сомневаться в бесконечности нашего пространства, не вступая в противоречие с законами мышления и с опытом». И что «…мыслимы замкнутые пространства, не имеющие границ. Среди них выделяется своей простотой сферическое пространство, все точки которого равноценны. Отсюда перед астрономами и физиками возникает чрезвычайно интересный вопрос: является ли мир, в котором мы живем, бесконечным или же он, подобно сферическому миру, конечен? Наш опыт далеко не достаточен для ответа на этот вопрос. Однако общая теория относительности дает возможность ответить на этот вопрос со значительной достоверностью».

Математический аппарат общей теории относительности крайне сложен. Это и понятно. Ведь с его помощью следует описать отношения между геометрией пространства вселенной и населяющей его материей. Эти отношения называются уравнениями поля тяготения.

В них входят, с одной стороны, величины, связанные со строением пространства, его кривизной и метрикой. Метрикой данного пространства называется закон измерения расстояний в нем. К примеру, на плоскости расстояние между двумя точками измеряется отрезком прямой, проходящей через эти точки, а на сфере — дугой большого круга. Очевидна однозначная связь между метрикой и кривизной. То же самое, естественно, справедливо и для пространства любой кривизны.

С другой стороны, в уравнения поля тяготения входят характеристики материи и прежде всего ее плотность.

Никто еще — ни сам Эйнштейн, ни его последователи — не был в состоянии решить задачу во всей ее сложности. На данном этапе, на данном уровне науки это неосуществимо. Но физики и математики знают способы упрощенных и приближенных решений.

Таким был и подход Эйнштейна. Во-первых, он предположил, что средняя плотность материи во вселенной постоянна.

Правомочно ли это? Стоит взглянуть на ночное небо, и невольно начинаешь сомневаться; ведь звезды — сгустки огромной массы — рассеяны в пустом от материи пространстве, отделены друг от друга гигантскими подчас расстояниями. А насколько еще больше расстояния между галактиками! Между скоплениями галактик! Но все-таки Эйнштейн имел право сделать такое предположение, имел право считать среднюю плотность материи постоянной. И вот почему.

Астрономы установили важный факт. Вселенная наша приблизительно равномерно заполнена галактиками, а плотность самих галактик, по-видимому, постоянна! Поэтому если перейти к таким огромным масштабам, то можно считать постоянной среднюю плотность материи в доступной нам части вселенной.

Эйнштейн говорил, что тут физики поступают как геодезисты, которые поверхность земли уподобляют приближенно эллипсоиду, хотя она имеет на небольших участках крайне сложный вид.

Если средняя плотность материи постоянна, то, естественно и неизбежно, должна быть постоянной и средняя кривизна пространства. Вслед за тем Эйнштейн сделал второе предположение, что при всей своей малости плотность все-таки настолько велика, что кривизна будет положительной.

Между кривизной пространства и плотностью материи существует однозначная связь, и именно величина плотности определяет геометрию вселенной, а следовательно, и знак кривизны: если плотность меньше некоего критического значения, кривизна пространства будет отрицательной, если больше — то положительной.

Таким образом мир, по Эйнштейну, представляет собой замкнутое само на себя пространство положительной кривизны.

Но пространство ведь нерасторжимо связано со временем, нельзя отсекать одно от другого. Эйнштейн и здесь принял определенное допущение. Он предположил, что структура пространства не должна и не будет изменяться с течением времени — какие бы процессы ни протекали во вселенной.

Это допущение никак не было случайным. Неизменность, стационарность нашего мира являлась аксиомой для науки того времени. Она находила себе подтверждение в малых скоростях «неподвижных» звезд, в почти не меняющейся — веками — картине звездного неба. Итак, строение, кривизна пространства нашего мира неизменны, постоянны во времени. Это значит, что в четырехмерном пространстве-времени или в мире Эйнштейна четвертая координата — время — будет прямой линией.

Прямая координата времени связана с тремя непрямыми пространственными координатами. Поэтому эйнштейновскую модель мира называют «Цилиндрической вселенной». Этот четырехмерный мир для нас, людей, непредставим. Но легко можно представить себе цилиндрическую поверхность, цилиндр, бесконечно простирающийся в обе стороны. Поверхность его искривлена, а ось будет бесконечной прямой линией. Предположим, что подобна этой оси будет и ось времени в четырехмерном мире Эйнштейна. А вместо цилиндрической поверхности будет трехмерное искривленное пространство. Таким образом, Цилиндрическая вселенная — это, так сказать, сверхцилиндр, как говорят математики — гиперцилиндр. Ось его будет прямая времени, а три других измерения, соответствующих пространственным координатам, представляют замкнутую гиперповерхность типа сферы.

Вслед за Эйнштейном голландский астроном Виллем де Ситтер предложил свою модель строения вселенной — «Сферическую вселенную», в которой координата времени была не прямой, а искривленной — подобно пространственным координатам. Правда, вселенная де Ситтера требовала нулевой плотности вещества, что, как понимаем мы, существа конечной плотности, не соответствует действительности.

Но, сопоставив уравнения поля тяготения со своим принципом относительности, Эйнштейн увидел, что «теория относительности не допускает гипотезы о пространственной замкнутости мира». Из теории следовало, что под действием гравитационных сил замкнутая вселенная должна стягиваться, сжиматься. Этот вывод особенно удручал Эйнштейна. Получалось, что, избавляясь от неприятностей, связанных с бесконечностью вселенной, он натолкнулся на неприятность, вызванную как раз конечностью, замкнутостью нашего мира.

Чтобы найти выход и из этого затруднения, Эйнштейн был вынужден дополнить свои уравнения еще одним членом, который содержал некую константу — Эйнштейн назвал ее космологической постоянной. Дополнительный член выражал ту силу, которая удерживает звезды на расстоянии друг от друга и, таким образом, препятствует стягиванию вселенной. Величина космологической постоянной связана с радиусом кривизны трехмерного сферического пространства. Как и сам радиус кривизны, она тоже определяется количеством и распределением материи во вселенной.

«Не от хорошей жизни» пошел Эйнштейн на изменение своих уравнений: «Для того чтобы прийти к этому свободному от противоречий представлению, мы должны были все же ввести новое расширение уравнений поля тяготения, не оправдываемое нашими действительными знаниями о тяготении».

Почему пришлось это сделать? Все потому же — для математического сохранения стационарности вселенной. Потому что в реальной ее, физической стационарности Эйнштейн не сомневался. «Необходимо, однако, отметить, — заканчивает он статью, — что положительная кривизна пространства, обусловленная находящейся в нем материей, получается и в том случае, когда указанный добавочный член не вводится; последний нам необходим для того, чтобы создать возможность квазистатического распределения материи, так как последнее соответствует факту малых звездных скоростей».

В 1922 году журнал «Цейтштрифт фюр физик» опубликовал статью «О кривизне пространства». Автором ее был Александр Фридман из Петрограда — имя это мало что говорило физикам-теоретикам Запада. Статья сразу обратила на себя внимание. В скромном по объему сообщении утверждалось ни больше ни меньше следующее.

Действительно, решая уравнения поля тяготения общей теории относительности, можно получить обе уже известные модели вселенной: цилиндрический мир Эйнштейна и сферический — де Ситтера. Они вытекают из уравнений, если принять все те упрощающие предположения, которые приняли их авторы.

Но решения, дающие обе модели, никак не исчерпывают возможностей общей теории относительности. Они отнюдь не единственные и универсальные, а всего лишь возможные частные случаи.

Частные? Значит, есть и более общее решение?

Есть. Его-то и нашел Фридман.

Это общее решение дает «особый мир», «новый тип вселенной» — вселенной, меняющейся с течением времени.

Из решения Фридмана с неизбежностью вытекает, что кривизна нашего пространства не остается постоянной. Она должна изменяться.

Как?

Решение открывало две возможности.

Или монотонное изменение в одном направлении, например непрерывное расширение вселенной.

Или периодическое возрастание и уменьшение кривизны. Во втором случае вселенная, словно сердце, словно легкие, должна была то сжиматься, то расширяться, как бы пульсировать.

Нестационарная вселенная!

Сама мысль о такой возможности прозвучала вызовом физике, устоявшимся, всеми разделяемым представлениям.

За сто лет до этого события в Казани Лобачевский публично высказал невероятную и крамольную идею: не исключена возможность, что пространство вселенной неэвклидово.

Ныне «возмутитель спокойствия» снова явился из России. Снова из загадочной, отрезанной от Запада России.

Не только во времена Лобачевского страна наша была отдалена от Европы. Мировая война, потом война гражданская, блокада наглухо отгородили новую Россию от всего, что находилось за ее пределами, в том числе и от науки. Наши ученые не знали, что делается за рубежом, западные не имели ни малейшего представления о нас. Контакты оказались разорванными.

Но события, естественно, развивались уже не так, как во времена Лобачевского. Советские физики отчетливо сознавали, что наука по природе своей интернациональна, что жить в изоляции невозможно.

К тому же в нищей, истерзанной войной, голодом, блокадой стране оказалась полностью подорвана и материальная база для научной работы — мало было книг, журналов, приборов.

Восстановление нарушенных контактов стало делом первостепенной важности.

Для этой цели Ленин, по совету Луначарского, послал за границу Абрама Федоровича Иоффе. Через некоторое время к нему присоединились Алексей Николаевич Крылов и Дмитрий Сергеевич Рождественский. А потом и Петр Леонидович Капица, которого Иоффе настойчиво рекомендовал отправить учиться за границу.

Посланцам дали немного — сколько удалось тогда выкроить — валюты, главным образом для закупки приборов, и карт-бланш — полную свободу действий. Они должны были сами найти пути и способы для установления связи с учеными Запада, привезти литературу, купить крайне необходимое оборудование для вновь создаваемых институтов.

Преодолев всяческие и немалые трудности, наши ученые справились с задачей. Между Россией и Западом были проложены первые мостки. Изоляция кончилась.

Вот тогда-то русские физики как следует познакомились с общей теорией относительности, и в немецком журнале появилась статья Фридмана. Любопытно, что в том же номере журнала было и обращение к немецким ученым — их просили собрать для России научную литературу.

Голос Лобачевского долгие годы никем не был услышан. Слова Фридмана мгновенно дошли по назначению. И сразу же был напечатан ответ — «Замечание к работе А. Фридмана» «О кривизне пространства».

«Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными».

Далее шло указание на якобы ошибку в вычислениях и вывод, что правильное решение «требует постоянства радиуса мира во времени».

«Замечание» написал не кто иной, как сам Эйнштейн. Не удивительно. Дело касалось общей теории относительности — любимого творения и гордости Эйнштейна. Молодой, малоизвестный математик осмелился ворваться в самую святая святых.

Дальше события развивались так.

Фридман устоял перед силой авторитета. Он заново произвел все вычисления и попросил своего товарища, физика Круткова, ехавшего в Берлин, передать их Эйнштейну.

Спустя несколько времени в том же журнале появилась еще одна маленькая заметка. Вот она целиком:

«К работе А. Фридмана „О кривизне пространства“.

В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщенного мне г-ном Крутковым, 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 (то есть переменные относительно времени) центрально-симметричные решения для структуры пространства».

Эйнштейн не был бы Эйнштейном, не появись этого публичного признания в своей неправоте.

Александр Александрович Фридман к началу двадцатых годов не был, конечно, безвестным начинающим ученым. Просто прежде ему не приходилось заниматься теоретической физикой. Но эрудированным математиком он был всегда. И отличался невероятной дотошностью, стремлением и умением глубоко проникать в изучаемый предмет — все равно был ли он знаком, близок или чужд, — влезать во все его тонкости, открывать не замеченные другими детали.

Эту особенность Фридмана хорошо изучили его товарищи. Недаром его друг Тамаркин сказал однажды:

— Теперь мы будем, наконец, знать теорию относительности. Ею заинтересовался Фридман.

Слово «заинтересовался» тут не очень подходит. Общая теория относительности, едва Фридман познакомился с нею, сразу захватила и покорила его. Это была стихия посильнее всех земных стихий, до той поры занимавших его ум и время. Это была стихия космических масштабов. И стихия смелых, неожиданных представлений. Но она — и в том не было противоречия — подчинялась строгим законам математики. Фридман был пленен и тем и другим: красотой и смелостью идей и математическим их воплощением.

В вечерние и ночные часы — потому что день был отдан основной работе — переселялся Фридман в этот новый для него мир и со свойственной ему страстью изучал и осваивал его. А изучив досконально, счел себя вправе сказать, что «теория Эйнштейна в своих общих чертах блестяще выдержала экспериментальные испытания», что она «объясняет старые, казавшиеся необъяснимыми явления и предвидит новые поразительные соотношения».

Фридман глубоко поверил в общую теорию относительности. Он не абсолютизировал ее, понимая, что и она есть этап на пути познания, что в ней достаточно схематизма и упрощения, что сложности реального мира неисчерпаемы и поступательный ход науки неизбежно будет вносить коррективы в любую существующую теорию. Но вместе с тем доверие его к новой теории было столь сильно, что он не побоялся сделать вытекающие из нее выводы, сколь бы странными, противоестественными они ни показались. Даже те выводы, которые не сделал сам Эйнштейн.

Эйнштейн увидел, что между его уравнениями поля и привычной, наблюдаемой картиной мира нет полного соответствия — уравнения не приводят к стационарности вселенной. Тогда он изменяет уравнения, добавляет к ним новый член.

Фридман, естественно, тоже увидел это несоответствие. Но он решил не отступать от исходных, «настоящих» уравнений и предложил свою концепцию. Вот ее основные положения:

возможно решение неизмененных уравнений поля тяготения;

это решение более общее, более широкое;

в соответствии с ним вселенная не будет стационарной;

кривизна вселенной должна меняться с течением времени.

Таков тот вывод, который не сделал Эйнштейн из своей же собственной теории. Можно сказать, что здесь Фридман оказался «святее папы».

Вероятно, именно поэтому ему удалось совершить свое открытие. Поэтому он, а не сам Эйнштейн, обнаружил — пусть теоретически, на кончике пера — такое поистине грандиозное по своим масштабам явление, космических размеров следствие общей теории относительности.

Статья «О кривизне пространства» была как будто бы «побочным ребенком» Фридмана — механика-метеоролога. Но он ко всем своим детям относился с равной ответственностью и любовью.

Одновременно со статьей в «Цейтштрифт фюр физик» в России вышла книжка Фридмана «Мир как пространство и время».

Философский журнал «Мысль» попросил Фридмана рассказать своим читателям о теории относительности Эйнштейна как специальной, так и общей. По заказу журнала Фридман и написал «Мир как пространство и время».

Быть может, учитывая аудиторию, далеко не всегда стоящую на уровне современной ей науки и вместе с тем чересчур часто претендующую быть в ней и руководителем и верховным судией, Фридман во вступлении пишет:

«Мир, схематическая картина которого создается принципом относительности, есть мир естествоиспытателя, есть совокупность лишь таких объектов, которые могут быть измерены или оценены числами, поэтому этот мир бесконечно уже и меньше мира — вселенной философа».

Не надо чересчур всерьез относиться к этому «самоуничижению» Фридмана-физика. В этих словах нетрудно уловить и легкую иронию. И дальше, переходя на серьезный тон, давая оценку теории относительности, Фридман говорит не без вызова:

«Грандиозный и смелый размах мысли, характеризующий общие концепции и идеи принципа относительности, затрагивающие такие объекты, как пространство и время (правда, измеримое), несомненно, должен произвести известное впечатление, если даже не влияние, на развитие идей современных философов, часто стоящих слишком выше „измеримой“ вселенной естествоиспытателя».

Адресованная неспециалистам работа эта хотя не популярна в привычном значении этого слова, все же дает возможность заглянуть в лабораторию мысли ученого.

Подобно Эйнштейну, Фридман рассматривает пространство вселенной как некую сверхповерхность — так сказать, поверхность трех измерений, которая соответствует данному значению временной координаты, иными словами — соответствует определенному моменту времени. Действительно, если вселенная есть четырехмерный мир пространства-времени, то можно сказать, что реальное пространство трех измерений в каждый момент времени есть сверхповерхность, или гиперповерхность, соответствующая этому времени. Поэтому сначала надо установить геометрические свойства четырехмерного мира пространства-времени, а потом уже рассматривать в этом мире гиперповерхности, отвечающие разным значениям временной координаты, и изучать геометрию этих гиперповерхностей. Это и будет геометрия пространства нашей вселенной.

Как же это сделать? Что для этого надо?

Геометрические свойства мира вполне определятся, отвечает Фридман, коль скоро мы будем знать материю, заполняющую физическое пространство, и ее движение с течением времени. И тут же он добавляет, что трудность решения вопроса в общем виде заставляет делать ряд упрощающих предположений.

Упрощающие предположения касаются двух главных партнеров игры — тяготеющих масс и геометрии мира.

Тяготеющие массы считаются неподвижными; считается, что скорости их друг относительно друга равны нулю. С первого взгляда это предположение кажется явно абсурдным, говорит Фридман. Действительно, звезды, даже те, что названы неподвижными, находятся в постоянном движении. Но все-таки неподвижными их называют недаром. Наблюдения показывают, что скорости их в большинстве случаев ничтожно малы по сравнению со скоростью света. Значит, первое предположение оказывается вовсе не абсурдом. И уравнения поля тяготения можно с большой точностью привести к такому виду, в котором скорости масс равны нулю.

Второе предположение касается геометрии мира. Здесь сказано коротко и ясно:

«Предполагается, что геометрия мира обладает свойством давать пространства (гиперповерхности), в которых кривизна в любой их точке одинакова и меняется лишь с течением времени».

Так просто, как о само собой разумеющемся, говорит Фридман о кривизне, которая меняется с течением времени.

Так, естественно, приходит он к выводу: вселенная может быть нестационарной.

Эйнштейн тоже делал упор на то, что материю приближенно следует считать покоящейся. Такой подход, как он был убежден, довольно точно соответствует истинному положению вещей и прежде всего стационарности вселенной.

Фридману то же предположение о «малоподвижных» звездах не помешало обнаружить «подвижную» вселенную.

Тогда зачем же он, вслед за Эйнштейном, подчеркнул, что принимает массы покоящимися друг относительно друга?

Такое предположение, не говоря о его физической разумности и законности, устранило большую математическую трудность в решении уравнений поля тяготения. Для относительно неподвижной материи можно в неделимом «мире», в неделимом пространстве-времени отделить пространственные координаты от временной и рассматривать строение физического пространства в каждый данный момент времени.

Эйнштейн ввел еще одно упрощающее предположение о материи. Он принял, что в среднем она распределена во вселенной равномерно. Именно равномерная плотность обеспечивает постоянную кривизну пространства. Фридман такое условие нигде не оговаривает. Но, с другой стороны, когда он пишет, что «кривизна в любой точке одинакова и меняется лишь с течением времени», то в этих словах неявно, как говорят математики, содержится признание равномерного распределения материи. Неравномерная плотность неизбежно привела бы к неодинаковой кривизне пространства в разных областях вселенной.

Итак, две предпосылки.

Первая (ее принимают и Эйнштейн и Фридман): материя во вселенной находится в относительном покое и средняя плотность ее всюду одинакова. Из одной этой предпосылки следует, что средняя кривизна пространства постоянна и неизменна — всюду и всегда.

Но Фридман делает и второе предположение: средняя кривизна пространства постоянна — всюду, но не всегда: она может меняться с течением времени.

Когда к фундаменту — уравнениям поля тяготения — добавлены эти два последних камня, Фридман берется за работу зодчего. Он конструирует здания вселенной — одно, другое, третье… — все те, что можно возвести на этом фундаменте.

«Сделав указанные предположения, можно прийти прежде всего к двум типам вселенной: 1) стационарный тип — кривизна пространства не меняется с течением времени, и 2) переменный тип — кривизна меняется с течением времени.

Стационарный тип дает всего лишь два случая вселенной, которые были рассмотрены Эйнштейном и де Ситтером.

Переменный тип вселенной представляет большое разнообразие случаев: для этого типа возможны случаи, когда радиус кривизны мира, начиная с некоторого значения, постоянно возрастает с течением времени; возможны, далее, случаи, когда радиус кривизны меняется периодически: вселенная сжимается в точку (в ничто), затем, снова из точки, доводит радиус свой до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку и т. д.».

Какой же тип соответствует реальной вселенной?

С уверенностью можно сказать — в точности не соответствует ни один. Как бы ни были сложны и остроумны эти конструкции, вселенная наша невообразимо сложнее их всех.

«В XX веке, — сказал Фридман, — человек попытался снова, на основании тех сведений о мире, которые естествознание ко времени нашей эпохи накопило, создать общую картину мира, правда, мира чрезвычайно схематизированного и упрощенного, напоминающего настоящий мир лишь постольку, поскольку тусклое отражение в зеркале схематического рисунка Кёльнского собора может напомнить нам сам собор».

Тогда можно спросить — какой же тип более всего походит на реальность, стоит к ней ближе всего?

Мы уже говорили, что Фридман — скептик: «Все это пока дóлжно рассматривать, как курьезные факты, не могущие быть солидно подтверждены недостаточным астрономическим материалом; бесполезно, за отсутствием надежных астрономических данных, приводить какие-либо цифры, характеризующие „жизнь“ переменной Вселенной».

Бесполезно? Да! Но все равно интересно… А может, как настоящий ученый, он должен довести работу до конца?

Так или иначе, но «если все же начать подсчитывать, ради курьеза, время, прошедшее от момента, когда вселенная создавалась из точки, до теперешнего ее состояния, начать определять, следовательно, время, прошедшее от сотворения мира, то получатся числа в десятки миллиардов наших обычных лет».

Надо сказать, что нынешние, сделанные совсем не «ради курьеза» подсчеты дают число, весьма близкое к фридмановскому.

…Итак, ответа нет. Пока нет.

«Пока этот метод немногое может дать нам, ибо математический анализ складывает свое оружие перед трудностями вопроса, а астрономические исследования не дают еще достаточно надежной базы для экспериментального изучения нашей вселенной. Но в этих обстоятельствах нельзя не видеть лишь затруднений временных; наши потомки, без сомнения, узнают характер вселенной, в которой мы обречены жить… И все же думается, что

Так кончается книжка «Мир как пространство и время», книга, на страницах которой провозглашена нестационарная вселенная.

Прошло три года. Совсем молодым, тридцатисемилетним, Фридман умирает от брюшного тифа.

Он не дождался того открытия, которое стало его триумфом. И не ожидал его. Потому что не представлял, как быстро наука о вселенной выйдет из «младенческой стадии развития». Какими шагами пойдет вперед.

…Ровесник Фридмана, американский астроном Эдвин Хаббл, был увлечен больше всего изучением туманностей. Им он посвятил всю свою жизнь, и работы его увенчались рядом великолепных открытий.

Исследуя в обсерватории Маунт Вильсон спектры света, приходящего к нам от далеких галактик, Хаббл заинтересовался загадочным в то время явлением. Спектры туманностей были, безусловно, известными. Они принадлежали водороду, гелию и другим нашим «земным» элементам. Но странное дело, все линии спектров были чуть смещены к красному концу по отношению к спектрам близких объектов.

Еще более поразительным показалось то, что для разных галактик смещение было различным — для одних бóльшим, для других меньшим. Оказалось, что здесь царит странная закономерность: величина красного смещения пропорциональна расстоянию от Земли до галактики; чем дальше от нас туманность, тем больше смещение.

К 1929 году накопилось достаточно материала, безотказно подтверждающего красное смещение, и Хаббл опубликовал свое открытие: красное смещение присутствует в спектрах всех галактик; величина его пропорциональна расстоянию от нас до галактики. Другими словами, чем дальше от нас находится галактика, тем больше линии ее в спектре смещены к красному концу — это и есть закон Хаббла.

Открытие американского ученого взбудоражило и физиков и астрономов. Начались лихорадочные поиски объяснения столь странного феномена.

Из немногих возможных причин наиболее убедительной представился допплер-эффект.

Когда тело приближается, волны издаваемого им звука как бы набегают друг на друга и сокращаются. Звук кажется более высоким. Когда тело удаляется, волны как бы растягиваются. Звук становится более низким.

Допплер-эффект наблюдается и при движении тел, излучающих свет. Приближение тела не изменяет скорости света — она постоянна. Но изменяется длина волны или обратная ей величина — частота. Длина волны становится короче, частота — выше. Происходит смещение к коротковолновому, фиолетовому концу спектра. Удаление тела подобным же образом вызывает увеличение длины волны, уменьшение частоты и смещение ее к красному концу спектра.

Итак, каждая спектральная линия соответствует определенной длине световой волны. Смещение спектральных линий в спектрах галактик к красному концу указывает на удлинение волн.

А удлинение волн, о чем говорит оно?

Объекты — далекие галактики — удаляются от нас. Чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью совершает она свое «бегство». Скорости самых отдаленных галактик соизмеримы уже со скоростью света.

Не все ученые и не сразу приняли такое объяснение. Но попытки найти иные причины красного смещения, например приписать его «усталости», «старению» квантов света на долгом пути, оказались несостоятельными.

Так что же все это в конце концов означает?

Куда, почему, от кого бегут галактики?

И тут вспомнили работу Александра Фридмана «О кривизне пространства».

Расширяющаяся вселенная…

В маленькой работе было предсказано самое грандиозное из существующих в природе явлений. Теперь оно подтвердилось.

Опыт, наблюдения неопровержимо доказали: вселенная не стационарна, не стабильна, не устойчива. Она расширяется. Значит, с течением времени меняется и ее геометрия, уменьшается кривизна пространства.

Сразу же напрашиваются два вопроса. Как физически происходит расширение Вселенной? Если скорости удаления галактик соизмеримы со скоростью света, то как быть с предположением о малых скоростях звезд друг относительно друга; остается ли оно правомерным?

Оказывается, ответ на первый вопрос содержит в себе ответ и на второй. Расширение вселенной есть процесс такого масштаба, что он практически не затрагивает структуру галактик, а значит, взаимные расстояния и скорости обитающих в них звезд. Больше того, оно не затрагивает даже структуру скоплений галактик — куда более мощных образований, чем сами галактики. Скопление галактик — это, грубо говоря, совместно движущееся — благодаря тяготению — объединение галактик, подобно тому как галактика — совместно движущееся объединение звезд. При расширении вселенной изменяются расстояния, по-видимому, лишь между скоплениями галактик.

Вот хорошая иллюстрация к расширению вселенной из книги американского физика Гарднера:

«Представьте себе гигантский ком теста, в который вкраплено несколько сот изюмин. Каждая изюмина представляет собой скопление галактик. Если это тесто сажают в печь, оно расширяется равномерно по всем направлениям, но размеры изюмин остаются прежними. Увеличивается расстояние между изюминами. Ни одна из изюмин не может быть названа центром расширения. С точки зрения любой отдельной изюмины все остальные изюмины кажутся удаляющимися от нее. Чем больше расстояние до изюмины, тем больше кажется скорость ее удаления».

Поскольку «сидение в печи» никак не отражается на изюминах — скоплениях галактик, остается в силе упрощающее предположение Эйнштейна и Фридмана — считать каждую из звезд пребывающей в покое относительно других, ближайших к ней звезд.

Итак, открытие Фридмана неожиданно для всех получило блистательное подтверждение в самом крупном по масштабам процессе, разыгрывающемся во вселенной.

Это был триумф не только Фридмана, но и общей теории относительности, а значит, и Эйнштейна, хотя связан он был как раз с отказом от эйнштейновской стационарной вселенной.

И Эйнштейн принял этот отказ, может быть, даже с чувством облегчения.

Вот что писал он спустя два года после открытия Хаббла:

«Наши знания о структуре пространства в больших областях („космологическая проблема“) получили важное развитие. Раньше мы рассуждали, основываясь на следующих двух предположениях:

1. Существует некоторая средняя плотность материи во всем пространстве, которая всюду одна и та же и отлична от нуля.

2. Размеры („радиус“) пространства не зависят от времени.

Оба эти предположения могут быть согласованы с общей теорией относительности лишь после добавления в уравнения поля гипотетического члена, который не следует из теории и не представляется естественным с теоретической точки зрения („космологический член в уравнениях гравитационного поля“).

В то время предположение (2) представлялось мне неизбежным, поскольку я считал, что в случае отказа от него открываются безграничные возможности для всевозможных спекуляций.

Однако уже в двадцатых годах русский математик Фридман показал, что с чисто теоретической точки зрения более естественным является иное предположение. Он показал, что, опуская предположение (2), можно сохранить предположение (1), не вводя довольно неестественный космологический член в уравнения гравитационного поля. Именно первоначальные уравнения поля допускают решение, в котором „радиус мира“ зависит от времени (расширяющееся пространство). В этом смысле согласно Фридману можно сказать, что теория требует расширения пространства.

Несколькими годами позже Хаббл в специальных исследованиях внегалактических туманностей показал, что спектральные линии обнаруживают красное смещение, которое непрерывно возрастает с увеличением расстояния до туманности. В соответствии с нашими современными знаниями это можно интерпретировать только в смысле принципа Допплера как всестороннее расширение системы звезд, требуемое уравнениями гравитационного поля».

Среди части физиков бытовало мнение, что Фридман сам не очень верил в созданную им теорию расширяющейся вселенной. Будто бы он говорил, что его дело — математика, уравнения, а физики пусть разбираются, какие из решений соответствуют действительности.

«Вступаясь» за Фридмана, Петр Леонидович Капица сказал, что «это ироническое высказывание о своих трудах остроумного человека не может изменить нашу высокую оценку его открытия». Дирак, напоминает Капица, тоже не верил в реальное существование предсказанного им теоретически позитрона. «Но позитрон был открыт, и Дирак, сам того не предполагая, оказался пророком. Никто не пытается преуменьшить его вклад в науку из-за того, что он сам не верил в свое пророчество».

Так верил ли все-таки Фридман в свое открытие?

Он, безусловно, верил в математическую правильность решения и доказал ее. Но счесть его «чистым математиком», не размышляющим над физическим содержанием открытия, конечно, совершенно неправильно.

Вопросы «общего устройства нашей (само собой разумеется, материальной) вселенной» глубоко занимали его. Об этом свидетельствует один из друзей Фридмана:

«А. А. Фридман имел редкие способности к математике, однако изучение одного только математического мира чисел, пространства и функциональных в них соотношений не удовлетворяло его. Ему было мало и того мира, который изучается теоретической и математической физикой. Его идеалом было наблюдать реальный мир и создавать математический аппарат, который позволил бы формулировать с должной общностью и глубиной законы физики, а затем, уже без наблюдений, предсказывать новые законы».

И жена Фридмана вспоминала:

«Для него наука и работа были дороже жизни, которую он сжигал во имя идеи и глубокой веры в будущие достижения человеческого разума. Мечта о возможности снестись когда-нибудь с иными мирами, когда человечество сумеет преодолеть силу тяготения, казалась ему осуществимой в недалеком будущем».

Вся жизнь Фридмана — смелая, деятельная, с вечным стремлением прорваться вперед, в неизведанное — так не согласуется с образом погруженного лишь в уравнения математика.

Екатерина Петровна Фридман писала:

«Целый вихрь идей захватывал его с неудержимой силой, и если жажда познания приносила ему и радость и мучение, то творчество было жестоким кумиром, даровавшим ему и великое счастье и глубокую внутреннюю муку, тоску о недоступном.

Он сознавал, что в своем творчестве идет новыми путями, трудными, никем еще не исследованными, и любил приводить слова Данте: „Вод, в которые я вступаю, не пересекал еще никто“.

Но великая радость, которую дает творчество, гордость духа от сознания сил своих и намеченных открытий, слишком часто сменялась отчаянием, муками сомнения и неудовлетворенностью своей работой. Вечное стремление создать большее, найти новое, невозможность одолеть препятствия, сознание одиночества и слабости сил человеческих — вот что создает из истинного ученого „мученика науки“».

О том же и почти теми же словами говорил и Эйнштейн:

«В свете уже достигнутого знания то, что счастливо добыто, кажется почти тривиальным… Но ведущийся ощупью, годами длящийся поиск в темноте, с его напряженным ожиданием, со сменой уверенности и отчаяния и бесконечными прорывами к ясности — все это знает лишь тот, кто сам пережил это».

Здесь, в этих словах, может быть, и лежит ответ. Скорее всего Фридман боялся до конца поверить в свое открытие, боялся утверждать наверняка. Ведь этих «вод не пересекал еще никто». Он, конечно, думал, не мог не думать о связи своей теории с действительным строением мира. В его расчетах не случайно появилась цифра «жизни вселенной» — так близко совпадающая с нынешними данными. Но он с пристрастием оценивал возможности космологии своего времени, боялся переоценить их, когда говорил, что космология находится «в самой младенческой стадии развития».

Теперь-то ясно, что возможности эти он все-таки сильно недооценил. Не оборвись так рано его жизнь, проживи он еще хотя бы четыре года, каким счастьем стало бы для него открытие Хаббла.

Так что все противится мысли, что свое открытие Фридман сделал случайно, любительски занимаясь некими математическими упражнениями.

В 1924 году, в последние месяцы жизни, Фридман снова вернулся к общей теории относительности. Новая его работа называлась «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной пространства».

Что же на этот раз толкнуло Фридмана на такой шаг? Почему он решил заново разобраться в космических уравнениях Эйнштейна, еще раз проанализировать их? Вряд ли причиной послужили какие-нибудь новые идеи о строении вселенной — в науке за эти два года никаких открытий, потребовавших пересмотра идей, не произошло. Дело, наверное, в том, что истинный исследователь должен пройти весь путь до конца, изучить все возможности, не обойти вниманием своим ни одного варианта, представляется ли он реальным или непостижимо странным.

Мысль эта может найти подтверждение и в названии работы и в первых строках ее.

Фридман пишет: «В заметке „О кривизне пространства“ мы рассмотрели те решения космологических уравнений Эйнштейна, которые приводят к типам мира, обладающим в качестве общего признака постоянной положительной кривизной; при этом мы обсудили все возможные случаи. Однако возможность получить из космологических уравнений мир постоянной положительной кривизны находится в тесной связи с вопросом о конечности пространства».

Теперь Фридман ставит вопрос: можно ли получить из тех же уравнений Эйнштейна «мир с постоянной отрицательной кривизной, о конечности которого едва ли можно говорить»? И отвечает: да, в уравнениях Эйнштейна заключена возможность и такой вселенной — бесконечной, с отрицательной кривизной.

И на этот раз исследование уравнений поля тяготения Фридман провел по такой же схеме, что и в предыдущей работе. Но в результатах полной аналогии не получилось.

Вселенная положительной кривизны могла быть или стационарной, по Эйнштейну, или расширяющейся.

Вселенная отрицательной кривизны стационарной быть не могла. Точнее, она могла бы быть стационарной только в том случае, если бы плотность материи в ней оказалась отрицательной или равной нулю. Первое просто физически бессмысленно, а второе не соответствует действительности. Как ни мала средняя плотность вещества во вселенной, она, конечно, отлична от нуля. Звезды, галактики, космическая пыль да и живые существа, наконец, — все это материя, все это имеет плотность.

Через сто лет после того, как Лобачевский предположил, что может существовать пространство отрицательной кривизны, Фридман теоретически подтвердил такую возможность.

Нестационарность пространства отрицательной кривизны должна была смущать Фридмана не больше, чем нестационарность замкнутого пространства положительной кривизны. Тот и другой вариант приходилось рассматривать всего лишь как прогноз.

Но наступил двадцать девятый год. Телескоп и спектрографы Хаббла сказали свое слово, и расширяющаяся вселенная стала реальностью. На какую же чашу весов легло открытие Хаббла? На обе. Больше того, расширение пространства, одинаково возможное и при положительной и при отрицательной его кривизне, в какой-то степени даже затрудняет сделать выбор.

Выбор не сделан и по сей день. Решить величайшую космологическую проблему поможет лишь точное знание средней плотности материи во вселенной. Но хотя сейчас попытками определить точное значение средней плотности активно заняты астрофизики многих стран, невозможно предсказать, когда им удастся найти правильный ответ.

«Во всех его полетах была частица этого стремления оторваться от земли… подняться выше, то „excelsior“, которое было девизом его жизни».

Как прочесть, как истолковать эти слова жены, долголетней спутницы ученого?

В них сказано очень многое о человеке…

Чувствуется в них и его «мечта о возможности снестись с иными мирами».

И зов этих далеких миров, который, кто знает, может, и завлек Фридмана в тот сложнейший, запутанный лабиринт, зовущийся строением вселенной.

И неодолимая потребность как можно шире раздвинуть рамки земного.

И радость встреч и борьбы с грозными силами природы.

И сознание, что это необходимо людям, что землю людей надо защищать.

А еще, может, было тут и просто физическое счастье от самого полета.

— Выше! Выше… выше… — с этими словами умирал Пушкин. С этими словами он жил.

Похоже, тот же смысл вкладывал Фридман в слово «excelsior», которое «было девизом его жизни».

Кому много дано, с того много спросится. Фридману было дано много, но спрашивал он с себя чрезмерно. «Я работолюбивый», — говорил он. Но разве можно назвать такое просто любовью к работе? Это было непрерывное самосожжение.

— Нет, я невежда, я ничего не знаю, надо еще меньше спать, ничем посторонним не заниматься. Вся эта так называемая «жизнь» — сплошная потеря времени, — повторял он с отчаянием и себе и жене.

Человеку отпущено не щедро — и жизни, и времени, и сил. И беспредельно пространство непознанного. Каждый, кто привержен науке, не может не страдать от этого, не может об этом не думать. Фридман страдал почти патологически. Он часто вспоминал слова Ньютона о великом океане знания и бедных ученых, подбирающих лишь те камешки, которые море выбрасывает им на берег. Вспоминал, но не мог, не хотел с этим мириться.

В нем шла постоянная внутренняя борьба с самим собой. Тревожило, завлекало множество разных проблем, целых наук. Во все хотелось проникнуть глубоко, до основания, заняться ими всерьез; иначе — не всерьез, по-дилетантски — он просто не умел. Едва он начинал чем-то интересоваться, сразу рождалось множество собственных идей.

И с почти маниакальной жестокостью запрещал он себе эти отклонения от основного дела. «Если я разбросаюсь, то погибну», — повторял он, зная свой увлекающийся характер, и боролся с ним без пощады. Так он и жил — в постоянном самоограничении.

Так же заставил он себя отказаться от большой любви, которая пришла к нему в последние годы жизни — заставил потому, что новое чувство слишком занимало его мысли, отвлекало от работы, требовало слишком много душевных сил. Он чувствовал себя виноватым перед обеими женщинами, и перед своей работой, и перед своими учениками — и не скрывал этого от них. Хотя в чем же была вина?..

А когда он себе разрешал «разброситься» или не хватало сил удержаться — никто теперь не расскажет, как это было, — тогда начиналась счастливая встреча с новым. Наверное, именно так он встретился с теорией относительности.