Их имена - в истории науки

Фридмановские чтения в Перми

В Пермском государственном национальном исследовательском университете 24-28 июня проходила международная научная конференция "Фридмановские чтения". Она была посвящена 125-летию со дня рождения А.А.Фридмана, работавшего в Пермском университете с 1918 по 1920 годы. Открытие университета как филиала Санкт-Петербургского университета состоялось 14 октября 1916 года. Осенью 1918-го А.А.Фридман активно участвовал в создании Физико-математического общества и "Журнала Физико-математического общества при Пермском университете". Время было исключительно сложное. В декабре 1918 года Пермь была захвачена армией Колчака. Преподаватели и студенты продолжали учебу и работу. Весной 1920 года А.А.Фридман вернулся в Петроград.

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 году). Мировую известность Фридман получил, создав модели нестационарной Вселенной, где он предсказал в частности расширение Вселенной. Полученные им в 1922-1924 годах при исследовании релятивистских моделей Вселенной нестационарные решения уравнений Эйнштейна положили начало развитию теории нестационарной 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. Это было подтверждено в 1929 году Эдвином Хабблом на основании астрономических наблюдений: спектральные линии в спектрах галактик оказались смещены к красному концу спектра. Теория Фридмана вызвала изначально резкое неприятие со стороны Эйнштейна, однако позже Эйнштейн признал неправомерность своей модели Вселенной, назвав космологическую постоянную своей "самой большой научной ошибкой". Споры вокруг введенного Эйнштейном лямбда-члена не утихают и в настоящее время - теперь с его помощью описывается загадочная темная энергия Вселенной. Умер А.А.Фридман в Ленинграде от брюшного тифа в 1925 году.

На Фридмановской конференции доклады участников были представлены в трех секциях: "Проблемы космологии и астрофизики" (председатель - академик РАН А.А.Старобинский), "Современные проблемы классической и квантовой гравитации" (профессор В.Н.Мельников), "Динамика сложных систем" (профессора П.Г.Фрик, И.Е.Полосков). На пленарном заседании академик А.А.Старобинский (Институт теоретической физики, Москва, РАН) рассказал о современном состоянии инфляционных моделей расширения Вселенной. Последние наблюдательные данные европейской коллаборации "Планк" сильно ограничили применимость конкретных инфляционных моделей. Профессор В.М.Мостепаненко (Центральная астрономическая обсерватория, Пулково, РАН) коснулся коррекций ньютоновского закона тяготения в связи с различными обобщениями Стандартной модели элементарных частиц и в связи с проблемой темной материи в астрофизике. Планируемые в недалеком будущем эксперименты по измерениям силы Казимира также могут привести к ограничениям применимости теории Ньютона.

Так называемые темная материя и темная энергия находятся в центре внимания современных ученых. Поэтому много докладов было посвящено феноменологическим методам описания инфляции с помощью введения дополнительных скалярных полей с инфляционными потенциалами. Актуальным стал вопрос воспроизводства вторичной инфляции для соответствия развиваемых теорий гравитации современным экспериментам. Наблюдения за вспышками Сверхновых показали, что они удалены от нас на расстояния большие, чем предсказывает стандартная космология. Нобелевская премия по физике была присуждена в 2011 году американским астрофизикам Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Риссу "за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних Сверхновых". Первое, что пришло в голову теоретикам для объяснения в рамках стандартной космологии такого несоответствия, - ввести, для спасения в очередной раз, механизм инфляции. Приходится считать, что наша Вселенная заполнена, в основном, не массивной пылью галактик, неспособной обеспечить ускоренное расширение, а неким загадочным веществом другой природы - "темной энергией". Космическое ускорение на данном этапе обеспечивается некой гипотетической субстанцией, названной квинтэссенцией. Этот термин заимствован из Древней Греции, когда философы строили картину мира из пяти стихий: земли, воды, воздуха, огня и квинтэссенции - космической субстанции, из которой, как считалось, состоят небесные тела. Теперь под этим понимается особая форма космической энергии. Квинтэссенция создает отрицательное давление (антигравитацию), что и приводит к ускоренному расширению.

В космологии есть всего две возможности выбора единиц измерения длин геометрических интервалов - абсолютные единицы, когда длины интервалов измеряются энергетической шкалой, и относительные, когда подобное измеряется подобным, то есть интервалы - интервалами, а энергии - энергиями. В случае выбора абсолютных единиц пространство расширяется, а размеры космических объектов остаются неизменными. В случае же выбора относительных единиц пространство остается неизменным, а размеры космических объектов уменьшаются. Классики науки об этом размышляли: обе эти возможности обсуждаются в книге А.А.Фридмана, который связывает вторую возможность с принципом масштабной инвариантности законов природы.

А.А.Фридман находит следующие замечательные слова о принципе масштабной инвариантности: "...Переезжая из страны в страну, нам приходится изменять масштаб, то есть мерить в России аршинами, в Германии метрами, в Англии - футами. Вообразим, что подобную перемену масштаба нам пришлось бы делать от точки к точке, тогда и получаем описанную выше операцию изменения масштаба. Изменения масштаба в мире геометрическом будут, в физическом мире, отвечать различным способам измерения длины. ...Свойства мира делятся на два класса: одни не зависят от упомянутого изменения масштаба, лучше сказать, не меняют свою форму ни при каких изменениях масштаба; другие будут при изменении масштаба менять свою форму. Условимся собственные свойства мира, принадлежащие к первому классу, называть масштабно-инвариантными. Вейль расширяет постулат инвариантности, добавляя к нему требования, чтобы все физические законы были масштабно-инвариантными свойствами физического мира. Сообразно такому постулату инвариантности, приходится потребовать, чтобы и мировые уравнения выражались бы в форме, удовлетворяющей требованию не только координатной, но и масштабной инвариантности".

На конференции была представлена только что вышедшая в свет книга "Принципы квантовой Вселенной" (В.Н.Первушин, А.Е.Павлов, Lambert Academic Publishing, 2013), (см. №24 еженедельника), где показывается, что в рамках конформной космологии удаленность Сверхновых объясняется более длинными относительными интервалами в сравнении с принятыми интервалами стандартной космологии. Уравнение же состояния материи, описывающее подгонку теории к экспериментальным данным на диаграмме Хаббла, отвечает вакууму Вселенной. Это означает, что Нобелевские лауреаты открыли вакуум Вселенной.

Конференция со всей ясностью продемонстрировала, что современная космология и гравитация находятся в критической точке своего развития, как столетие назад классическая физика стояла перед открытием квантовой механики. Интерес общественности к проблемам современной физики, вызванный последними наблюдательными сведениями о Вселенной - мире, в котором мы живем, резко возрос, судя по представленным докладам и их обсуждениям.

Виктор ПЕРВУШИН,
Александр ПАВЛОВ