Einstein és a táguló világegyetem atyja

Munkássága lehetővé tette Einstein számára, hogy évekkel később visszavonja a kozmológiai állandóját.

Elsők között foglalkozott a légköri turbulencia elméletével, s 1925 júliusában részt vett az oroszországi rekordnak számító, 7,4 kilométer magasságú léghajórepülésen. Két hónappal később azonban élete alig 37 évesen tragikus véget ért. Állítólag a meteorológiai ballonon a jéghideg troposzférába emelkedve nagyon megfázott, mások szerint viszont tífuszban halt meg, amit a Krímben töltött nyaralása során kapott el. Bárhogy történt, száz éve egy zseniális tudós rendkívül ígéretes pályája tört ketté.

Friedmann csak 1920 végén ismerkedett meg Albert Einstein általános relativitáselméletével, amely a háború sújtotta Szovjet-Oroszországban több éves késéssel jelent meg. Einstein lényegében egy új gravitációs elméletet javasolt, azt állítva, hogy a gravitáció a téridő görbületének eredménye. Elődeihez (Kopernikusz, Galilei, Newton) hasonlóan ő is úgy vélte, hogy a kozmosz örök és állandó, de új elemmel bővítette a gravitációs mező egyenleteit, amely a taszítóerőnek felelt meg, egyfajta antigravitációnak – ez az úgynevezett „kozmológiai állandó” (amit utóbb sötét energiának szoktak nevezni). Ez az energia volt az, ami Einstein szerint mindent kifelé taszít, ennélfogva a gravitációs vonzás ellenében hat, biztosítva a világegyetem változatlanságát.

Miután az ismeretlen petrográdi matematikus, meteorológus tanulmányozni kezdte a már akkor világhírű német fizikus (1921-ben kapta meg a fizikai Nobel-díjat) relativitáselméletét és téregyenleteit, s kihatásukat a kozmológiára, több érdekes megoldásukat is kidolgozta. Mint Paul Davies Templeton-díjas brit fizikus írja Isten gondolatai (The Mind of God) című könyvében, Friedmann olyan kozmológiai modellt írt le, amely szerint a világegyetem vagy tágul, vagy összehúzódik. Az egyik megoldásnak megfelelő univerzum „Nagy Bummal” kezdődik, gyorsan kitágul, amelynek üteme azután egyre csökken, míg végül összehúzódásba kezd. Ez a folyamat mindinkább felgyorsul, végül az univerzum eltűnik egy végzetes összeroppanásban: „Nagy Reccsben”. A tágulásnak és összehúzódásnak e ciklusát újabb ciklus követheti, majd megint újabb, és így tovább. Nem lehetséges-e, hogy Friedmann oszcilláló (ismétlődő) világegyeteme az örök visszatérés ősi eszméjének modern, tudományos párja, s hogy a Nagy Bummtól a Nagy Reccsig tartó sok milliárd éves időtartam megfelel a hindu teremtő isten, Brahma életciklusa Nagy Évének? – teszi fel a kérdést Davies, de hozzáteszi, bármily vonzónak tűnnek is ezek a párhuzamok, nem állják meg a tüzetesebb vizsgálatok próbáját. A mérések ugyanis azt mutatják, hogy a csillagok a világegyetem összeomlásához szükséges sűrűség mindössze egy százalékát képviselik, és bár megalapozott bizonyítékok szólnak nagy mennyiségű sötét vagy láthatatlan anyag létezése mellett, amely talán pótolná ezt a hiányt, csakhogy senki nem tudja, mi is ez – és mennyi? – ez a hiányzó anyag – húzza alá 1992-ben (magyarul 1995-ben) megjelent könyvében.

Az orosz tudós 1922-ben publikálta a táguló, egyben ciklikus világegyetemről szóló, A tér görbületéről című tanulmányát a berlini Zeitschrift für Physik folyóiratban, és küldött egy másolatot a német tudósnak, de mivel nem válaszolt, egy barátját küldte hozzá. Einstein azt hitte, hogy hibát talált Friedmann munkájában, és üzenetet küldött a szerkesztőnek, mire Friedmann egy második, kibővített tanulmányt írt, amelyet ugyanebben a folyóiratban publikáltak 1924-ben.

Friedmann munkássága végül is lehetővé tette Einstein számára, hogy évekkel később visszavonja a kozmológiai állandóját. Állítólag később pályafutása „legnagyobb baklövésének” nevezte a bevezetését. Ezt George Gamow orosz-amerikai fizikus és kozmológus – egyike a táguló világegyetem „ősrobbanás” elméletét kidolgozó tudósoknak – írta meg önéletrajzában, a Friedmannról szóló részben, ugyanis az ő tanítványa volt az 1920-as évek elején Leningrádban. Mások szerint azonban nincs bizonyíték arra, hogy Einstein valóban így érzett volna, hiszen jó okkal vezette be a kozmológiai állandót. Amikor Friedmann jobb indokot adott arra, hogy miért nincs rá szükségünk, akkor egyszerűen elvetette.

1923-ban és 1924-ben Friedmann-nak lehetősége nyílt arra, hogy beutazza Európát, és megvitassa kutatási területeit más tudósokkal, különösen Németországban, Norvégiában és Hollandiában. Miután visszatért Leningrádba, a geofizikai obszervatórium igazgatójává nevezték ki, ott dolgozott 1925 szeptemberében bekövetkezett haláláig. Két év múlva, 1927-ben a Brüsszeli Tudományos Társaság Évkönyvében egy fiatal belga katolikus pap, fizikus és kozmológus, Georges Lemaître közzétette a táguló univerzum elméleti modelljét, de sem ő, sem a tudóstársadalom nagy része nem tudta, hogy Friedmann ezt már évekkel korábban leírta, így a korszakalkotó felfedezést illetően az orosz matematikusé az elsőség. Igaz, eleinte a belga fizikus elméletét sem fogadták el – maga Einstein sem –, de két évvel később Edwin Hubble amerikai csillagász (ő szintén nem tudott Friedmann létezéséről) teleszkópos megfigyelései és mérései alapján igazolta a világegyetem tágulását. Ugyanis felfedezte, hogy minél nagyobb a távolság két galaxis között, annál nagyobb a relatív távolodási sebesség közöttük, s ez vezetett később (1948-ban) az ősrobbanás elméletének kidolgozásához Gamow és Hoyle által.

Az ősrobbanás és a táguló világegyetem kozmológiai hipotézisét végül a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) Arno Penzias és Robert Wilson amerikai csillagászok általi felfedezése igazolta 1964-ben, negyven évvel Friedmann kulcsfontosságú tanulmányának közzététele után, így – Lemaître-rel együtt – valóban őt illeti meg a táguló világegyetem atyja cím.