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". Правление Германского физического общества извещало о трудном положении коллег в России, которые с начала войны не получали немецких журналов. Поскольку лидирующее положение в тогдашней физике занимали немецкоязычные ученые, речь шла о многолетнем информационном голоде. Немецких физиков просили направлять по указанному адресу публикации последних лет, с тем, чтобы потом переслать их в Петроград. Однако в том же самом журнале, всего двадцатью пятью страницами ниже, была помещена статья, полученная из Петрограда и, на первый взгляд, противоречащая призыву о помощи. 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. Конечно, о том, что расширение Вселенной началось миллиарды лет назад, астрофизике еще только предстояло узнать; еще предстояло измерять и вычислять; еще предстояло размышлять над проблемой горизонта Вселенной. Но выдвинул эту идею впервые в 1922 году тридцатичетырехлетний Александр Фридман. В своей работе "О кривизне пространства" Фридман по существу дал набросок основных идей космологии: об однородности распределения вещества в пространстве и, как следствие, об однородности и изотропности пространства-времени, т.е. о существовании "мирового" времени, для которого в каждый момент метрика пространства будет одинакова во всех точках и по всем направлениям. Эта теория важна прежде всего тем, что приводит к достаточно корректному объяснению фундаментального явления - эффекта красного смещения. Полученное Фридманом при указанных предположениях решение уравнений поля является образцом для любых космологических теорий.
Интересно отметить, что автор теории относительности Эйнштейн вначале считал, что космологическое решение уравнений поля должно быть статично и привести к замкнутой модели Вселенной. В сентябре 1922 года он критиковал работу Фридмана: "Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными. В действительности оказывается, что указанное в ней решение не удовлетворяет уравнениям поля". Эйнштейн не поверил результатам Фридмана. Сочтя его космологическую картину неправдоподобной, он без труда, но, увы, и безо всякого основания нашел мнимую ошибку в вычислениях петроградского ученого. Только получив письмо от Фридмана, отстаивающего свою правоту, и проделав еще раз вычисления, Эйнштейн в мае 1923 года признал результаты русского коллеги и в специальной заметке назвал их "проливающими новый свет" на космологическую проблему. А для потомков сама ошибка Эйнштейна проливает свет на смысл и масштаб работы Фридмана.
Современная теория гравитации (общая теория относительности) была создана Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Согласно этой теории, под воздействием массы и энергии тел пространство (точнее говоря, пространство-время) искривляется, что, в свою очередь, приводит к искривлению траекторий тел, что и воспринимается нами как проявление тяготения. Сразу же после возникновения теории относительности ее создатель попытался применить ее к Вселенной в целом, но эта попытка оказалась безуспешной. И вот через 7 лет неизвестный автор из Советской России - страны, казалось бы, изолированной от мировой науки, - смело утверждает, что эйнштейновский результат совсем не обязателен, а представляет собой весьма частный случай. Фридман впервые отбросил догму о неизменности Вселенной, с античных времен владевшую умами исследователей. Его выводы были настолько необычны, что Эйнштейн сначала не согласился с ним и заявил, что нашел в его выкладках ошибку.
Изучать Общую теорию относительности в России до 1920 года было трудно: ни иностранных публикаций, ни обзоров в отечественных журналах не было. А в мире уже бушевал настоящий бум вокруг новой теории. Начался он в 1919 году, сразу после подтверждения английскими астрономами предсказанного Эйнштейном отклонения лучей света от далеких звезд. И триумф теории относительности все-таки достиг России. Начали появляться популярные брошюры о новой теории. Одной из первых была книжка самого Эйнштейна. В предисловии автора к русскому переводу, изданному в Берлине и датированному ноябрем 1920 года, говорилось: "Более чем когда-либо, в настоящее тревожное время следует заботиться обо всем, что способно сблизить людей различных языков и наций. С этой точки зрения особенно важно способствовать живому обмену художественных и научных произведений и при нынешних столь трудных обстоятельствах. Мне поэтому особенно приятно, что моя книжечка появляется на русском языке".
Занятия Фридмана общей теорией относительности отнюдь не были случайными. В последние годы жизни он вместе с профессором В.К. Фредериксом (1885-1944) стал писать многотомный учебник по современной физике, который открывался книгой "Мир как пространство и время", посвященной теории относительности, знание которой Фридман считал краеугольным камнем физического образования. Удивительно, как Фридману удалось лишь за полтора года овладеть теорией по ее популярному изложению, но уже в августе 1920 года он пишет своему учителю и коллеге П.Эренфесту: "Занимался аксиомой малого [специального] принципа относительности... Очень хочу изучить большой [общий] принцип относительности, но нет времени". Работы Фридмана по общей теории относительности дали динамическую модель Вселенной и впервые позволили объяснить строение и развитие мира как целого. Но вряд ли в 1922 году появилась бы фридмановская космология, если бы не физик Фредерикс. Именно ему принадлежит первое в России изложение общей теории относительности. Его обзор 1921 года в "Успехах физических наук", как и еще несколько статей, посвященных общей теории относительности, могли помочь Фридману освоить эту теорию.
Полученные Фридманом в 1922-1924 годах первые нестатические решения уравнений Эйнштейна при исследовании релятивистских моделей Вселенной положили начало развитию теории нестационарной, раздвигающейся или пульсирующей Вселенной. Ученый исследовал нестационарные однородные изотропные модели с пространством положительной кривизны, заполненным пылевидной материей (с нулевым давлением). Нестационарность рассмотренных моделей описывается зависимостью радиуса кривизны и плотности от времени, причем плотность изменяется обратно пропорционально кубу радиуса кривизны. Фридман выяснил типы поведения таких моделей, допускаемые уравнениями тяготения, причем модель стационарной Вселенной Эйнштейна оказалась действительно лишь частным случаем. Он опроверг мнение о том, что общая теория относительности требует допущения конечности пространства. Решив уравнения эйнштейновской теории гравитации с учетом космологического принципа, Фридман показал, что Вселенная не может быть неизменной, в зависимости от начальных условий она должна либо расширяться, либо сжиматься. Он же впервые дал правильную по порядку величины оценку возраста Вселенной.
Результаты Фридмана продемонстрировали, что уравнения Эйнштейна не приводят к единственной модели Вселенной, какой бы ни была космологическая постоянная. Из модели однородной изотропной Вселенной следует, что при ее расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию. В 1927 году к тем же выводам, что и Фридман, пришел бельгийский ученый и католический аббат Жорж Леметр. Леметр уделял большое внимание cопоставлению теории и наблюдений, впервые указав, что расширение Вселенной можно наблюдать с помощью красного смещения в спектрах галактик. Таким образом, расширение Вселенной, было предсказано теоретически, на основе теории относительности сначала Фридманом и чуть позднее Леметром. Это был один из самых блестящих примеров предсказаний в истории науки. В 1929 году Эдвин П. Хаббл на основании астрономических наблюдений подтвердил: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра. Так астрономы, не обращавшие внимания на теорию Фридмана, убедились в его правоте. Но Александр Фридман, к сожалению, не дожил до открытия закона Хаббла. Уже после открытия Хаббла было показано, что нестационарность Вселенной фактически следует уже из закона всемирного тяготения (открытого Исааком Ньютоном еще в конце XVII в), точнее, из самого общего свойства гравитации, заключающегося в том, что эта сила только притягивает, но не отталкивает тела.
В феврале 1925 года А.А. Фридман был назначен директором Главной геофизической обсерватории, но занимал эту должность менее года. Умер А.А. Фридман в Ленинграде от брюшного тифа 16 сентября 1925 года. Ему было только 37 лет. Выдающийся ученый был похоронен на Смоленском православном кладбище. Работу Фридмана все-таки оценили, хотя многие в СССР и называли космологию "прислужницей мракобесия". В 1931 году постановлением Советского правительства за выдающиеся научные труды А.А. Фридман был посмертно удостоен Ленинской премии.
Александр Александрович Фридман, талантливый советский учёный, один из создателей современной динамической метеорологии, современной теории турбулентности и теории нестационарной Вселенной был очень смелым человеком. Он добровольцем пошел на русско-германский фронт, а будучи уже профессором (и автором новой космологии), участвовал в рекордном полете на аэростате. Но Фридману не суждено было дожить до времени, когда стал ясен подлинный масштаб его открытия, столь широко раздвинувшего горизонт науки. При этом не забудем, в какой стране и в какое время угораздило родиться "расширяющейся Вселенной".
