Эйнштейн писал: «В предыдущей заметке я критиковал названную работу. Однако мое возражение основывалось на вычислительной ошибке, — в чем я по совету господина Круткова убедился из письма господина Фридмана. Я считаю результаты господина Фридмана правильными и исчерпывающими. Оказывается, уравнения поля допускают для структуры пространства наряду со статическими решениями и динамические (т. е. изменяющиеся со временем) центрально-симметричные решения».
Так произошла сенсация.
Кто же такой Фридман? Что это за гений, который в голодном Петрограде сумел уйти дальше Эйнштейна в области самой модной и самой трудной физической теории?
Александр Александрович Фридман родился 17 июня 1888 г. в семье петербургского музыканта. В 1910 г. он окончил Петербургский университет а в 1914 г. ушел добровольцем на фронт, был военным летчиком и даже получил награду за отвагу — Георгиевский крест. Но эти полеты имели для А. А. Фридмана особое значение. В воздухе он проверял результаты своих расчетов, касающихся новой молодой науки — физики атмосферы, в которую ему удалось внести весьма существенный вклад. После войны он возглавил обсерваторию и направил свои силы на создание научной метеорологии. В это время метеорологи всего мира почти не пользовались строгими математическими методами и их прогнозы часто напоминали предсказания базарных гадалок. А. А. Фридман является одним из творцов современной теоретической метеорологии, которая использует весьма совершенный математический аппарат. И все это ему удается лишь потому, что по существу он был талантливейшим математиком. Действительно, ведь он — один из лучших учеников великого русского математика Стеклова, страстного поборника внедрения математических методов в различные области науки и техники.
Все лучшие свои работы А. А. Фридман создал в тяжелейшие годы гражданской войны, чудовищной разрухи и голода, в стране, окруженной врагами и отрезанной от остального научного мира. Какой талант, какую преданность науке и гражданское мужество надо было иметь, чтобы в таких невыносимых условиях прокладывать новые пути в науке!
Летом 1925 г. А. А. Фридман уехал на отдых в Крым, заболел там брюшным тифом и умер в возрасте 37 лет.
Дальнейшие события развивались так.
В 1929 г. опыт подтвердил справедливость решений Фридмана. В этом же году американский астроном Хаббл опубликовал результаты своих удивительных наблюдений. Изучая далекие галактики, он установил, что все они удаляются от нас. При этом испускаемый ими свет изменяет свою окраску — цвет его перемещается в красную область спектра тем сильнее, чем быстрее удаляется породившая его галактика. Это явление назвали «красным смещением».
Оказалось также, что чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от наших космических окрестностей. Мир, который мы видим в наши телескопы, непрерывно пухнет, расширяется, увеличивает свои размеры. Например, одна из наиболее далеких галактик, известная астрономам под номером ЗС295, удаляется от нас со скоростью, примерно равной 150 тысячам километров в секунду, а ведь это половина скорости света в пустоте.
Что же касается «конца» Метагалактики, ее гибели, предсказываемой одним из решений Фридмана, то на этот счет существует теперь полная ясность. Недавно два ученика знаменитого советского физика-теоретика академика Л. Д. Ландау — член-корреспондент Академии наук СССР Евгений Михайлович Лифшиц и профессор Исаак Маркович Халатников неопровержимо доказали, что наша Метагалактика никогда не погибнет.
Дело в том, что для решения основных уравнений гравитационного поля Фридману, как и Эйнштейну, пришлось сделать несколько предположений, в частности, что распределение космических масс вещества в среднем однородно во всей Вселенной. В каждом одинаковом объеме космического пространства заключено одинаковое количество материи. В иных условиях задача становилась необычайно трудной.
Эти трудности и удалось преодолеть Е. М. Лифшицу и И. М. Халатникову. Они нашли более точное решение уравнений Эйнштейна, учитывающее реальное распределение космических масс в нашей Метагалактике. Оказалось, что она никогда не «съежится», как воздушный шарик, из которого выпустили воздух, и части ее никогда не вернутся в начальное состояние. Иными словами, мир, в котором мы живем, никогда не умрет. Наша Метагалактика оказалась «открытой» системой.
ПРИРОДА ЯДЕРНЫХ СИЛ
Существование атомных ядер и их огромная прочность возможны лишь потому, что внутри любого ядра действуют ядерные силы. Так как ядра включают в себя одноименно заряженные частицы — протоны, сближенные до расстояний порядка 10−13 см, то, казалось бы, они должны немедленно разрушаться под влиянием громадного электростатического отталкивания протонов друг от друга. Но мы знаем, что этого не происходит. Только очень тяжелые ядра, стоящие в конце Периодической системы Менделеева, оказываются неустойчивыми и это приводит к радиоактивному распаду. Что же придает прочность атомным ядрам?
Атомные ядра существуют только потому, что между всеми входящими в них частицами действуют могучие ядерные силы.
Исследование этих сил позволило выяснить их главные особенности. Эти силы, естественно, являются силами притяжения. Они обладают зарядовой независимостью, т. е. одинаково сильно притягивают любую пару частиц друг к другу — нейтрон к протону, протон к протону или нейтрон к нейтрону. Уже отсюда видно, что они не могут быть электромагнитными силами. Кроме того, ядерные силы — короткодействующие, они проявляются на расстояниях порядка диаметра одной ядерной частицы (~10−13 см). Наконец, они обладают свойством насыщения, т. е. наиболее эффективно удерживают не любые, а строго определенные группы ядерных частиц, например, два протона и два нейтрона.
Современные представления о природе ядерных сил, объясняющие все их основные особенности, были созданы академиком Игорем Евгеньевичем Таммом в 1934 г. Он первый понял, что эти силы могут быть только обменными. В это время уже были созданы основные представления о квантовой природе электромагнитного поля, согласно которым взаимодействие двух заряженных частиц осуществляется посредством квантов, испускаемых и поглощаемых заряженными частицами. Таким образом, взаимодействие есть результат обмена промежуточными частицами, создающими электромагнитное поле.
Физическая сущность обменных сил хорошо видна из следующей грубой механической аналогии. Представьте себе груз, достаточно тяжелый, чтобы его не мог долго нести один человек, и такой, что вдвоем его нести очень неудобно. Для того чтобы перенести такой груз на большое расстояние, необходимы по крайней мере два человека. Они будут нести его, поочередно передавая друг другу. Передача груза делает возможным его перенос, но она же связывает обоих грузчиков, объединяет их.
Академик И. Е. Тамм предположил, что не только электромагнитные, но и ядерные силы носят квантовый характер и осуществляются путем переноса каких-то промежуточных частиц, квантов ядерного поля. Предположив, что нуклоны обмениваются электронами и при этом как бы меняются местами (нейтрон, испустив отрицательный электрон, становится протоном; протон, поглотив отрицательный электрон, становится нейтроном), И. Е. Тамм построил строгую математическую теорию ядерных сил. Однако оказалось, что величина этих сил на много порядков меньше их действительного значения.
Вскоре после этого японский физик Юкава доказал, что если масса обменной частицы будет примерно в 300 раз тяжелее электрона, то теория Тамма хорошо описывает все основные особенности ядерных сил. В дальнейшем физики обнаружили частицы, отвечающие за действие ядерных сил. Ими оказались π-мезоны. Масса π-мезонов и все их свойства находятся в точном соответствии с теорией Тамма-Юкавы.
И. Е. Тамм первым пришел к парадоксальному выводу о том, что у нейтронов должен быть собственный магнитный момент. В 1934 г, он совместно с С. А. Альтшулером не только теоретически предсказал существование магнитного момента у нейтрона, но и правильно оценил знак этого момента.