Фридман

Тема: Александр Фридман — учёный, который открыл расширяющуюся Вселенную
Цель урока: познакомить школьников с биографией выдающегося российского учёного
Александра Фридмана, его научными открытиями и их значением для современной
космологии.
Задачи:
1. Познакомить учащихся с основными этапами жизни и научной деятельности
Александра Александровича Фридмана.
2. Раскрыть суть его главного научного вклада — уравнений Фридмана и идеи
динамической Вселенной.
3. Объяснить, как теоретические идеи Фридмана легли в основу современной
космологии, включая модель Большого взрыва.
4. Показать связь между общей теорией относительности Эйнштейна и
космологическими моделями.
Ход урока:
1. Вступление (5 минут)
Приветствие и вводный вопрос: «Представьте, что вы смотрите в ночное небо. Звёзды
кажутся неподвижными. А задумывались ли вы: а движется ли сама Вселенная?
Сжимается? Расширяется? Или всё стоит на месте?»
Рассказать, что до начала XX века учёные считали Вселенную статичной — неизменной во
времени. Но в 1920-х годах русский учёный Александр Фридман совершил революционное
открытие, изменившее наше понимание космоса.
Сегодня мы познакомимся с жизнью и открытиями Александра Фридмана — человека,
который первым математически доказал, что Вселенная может расширяться… и даже
рождаться!
2. Биография Александра Фридмана (10 минут)
1. Родился в 1888 году в Санкт-Петербурге.
2. Отец — музыкант, мать — из семьи учёных.
3. Учился в знаменитой Петербурско-Павловской гимназии, затем — на физикоматематическом факультете Петербургского университета.
4. Участвовал в Первой мировой войне как лётчик-наблюдатель.
5. После революции работал в различных научных институтах: метеорология,
аэродинамика, геофизика.
6. В 1920-х годах увлёкся общей теорией относительности Эйнштейна.
Интересный факт:
Фридман был не только теоретиком, но и практиком: он занимался метеорологией, летал на
воздушных шарах, измерял атмосферу. Умер в 1925 году в возрасте всего 37 лет от
брюшного тифа!
«Он прожил короткую, но насыщенную жизнь — и успел изменить наше понимание
Вселенной».
3. Главное открытие: уравнения Фридмана (15 минут)
Объяснение для школьников (без сложной математики):
Учитель: «Представьте себе: 1917 год. Великая теория — общая теория относительности —
только что опубликована. Эйнштейн — гений, все ему верят. Но даже гении иногда
ошибаются...»
1. Напомнить, что до XX века Вселенная считалась вечной и неизменной: звёзды и
галактики — как на картинке, просто висят в пространстве.
2. Эйнштейн, применяя свою теорию к Вселенной целиком, обнаружил проблему: его
уравнения предсказывали движение! — Вселенная должна либо расширяться, либо
сжиматься под действием гравитации.
3. Но это противоречило тогдашнему здравому смыслу! Поэтому Эйнштейн добавил в
уравнения "космологическую постоянную" (Λ) — как "фальшивую силу", чтобы
уравновесить гравитацию и сделать Вселенную неподвижной.
Ключевая мысль:
«Учёные того времени были настолько уверены, что Вселенная статична, что даже
Эйнштейн изменил свою собственную теорию, чтобы "сохранить порядок"».
В 1915 году Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности — теорию
гравитации, где пространство и время связаны с массой и энергией.
Эйнштейн считал, что Вселенная статична, поэтому ввёл в уравнения «космологическую
постоянную» — как «подпорку», чтобы всё не схлопывалось. Но Фридман подумал иначе:
«А что, если Вселенная — не статична? Что если она может расти или сжиматься?»
В 1922 году он решил уравнения Эйнштейна без «подпорки» и получил удивительный
результат: Вселенная может расширяться, сжиматься, а даже рождаться из точки! Эти
решения — уравнения Фридмана — стали основой современной космологии.
Демонстрация:
Покажите надувной шар с точками-«галактиками». По мере надувания точки удаляются
друг от друга — это и есть расширяющаяся Вселенная!
Фридман показал: галактики удаляются не потому, что летят в пространстве, а потому что
само пространство растёт!
Важно: Эйнштейн сначала не поверил, даже назвал работу Фридмана «подозрительной».
Но позже признал ошибку!
В 1922 году Фридман внимательно перечитал работу Эйнштейна. Он задался вопросом: «А
что, если убрать космологическую постоянную? Что покажут уравнения "как есть"?» Он
решил уравнения Эйнштейна без искусственной "подпорки" — и получил три возможных
сценария эволюции Вселенной:
1. Открытая Вселенная — расширяется вечно, с замедлением.
2. Закрытая Вселенная — расширяется, останавливается, затем сжимается («Большое
сжатие»).
3. Плоская Вселенная — расширяется, но так, что скорость стремится к нулю, но
никогда не останавливается.
На слайде:
4. Значение открытий Фридмана сегодня (5 минут)
В 1929 году Эдвин Хаббл наблюдал, что галактики удаляются — и это подтвердило идею
Фридмана!
На основе его уравнений была построена модель Большого взрыва — теория рождения
Вселенной.
Сегодня уравнения Фридмана используются в космологии, при изучении тёмной энергии,
эволюции Вселенной.
Его имя носят:
1. Кратер на Луне
2. Астероид 4036 Фридман
3. Улицы в Санкт-Петербурге и других городах
«Фридман — один из отцов современной космологии, хотя за свою жизнь он так и не увидел
подтверждения своих идей».
5. Заключение и обсуждение (5 минут)
Повторим главное:
1. Фридман был талантливым учёным-энциклопедистом.
2. Он первым математически показал, что Вселенная не статична, а динамична.
3. Его уравнения легли в основу всей современной космологии.
Вопросы для обсуждения:
1. Почему идеи Фридмана были настолько революционными?
2. Как вы думаете, почему Эйнштейн сначала не поверил в расширяющуюся
Вселенную?
3. Может ли Вселенная когда-нибудь перестать расширяться? (намёк на тёмную
энергию)
Финальная мысль:
«Наука — это не только знания, но и смелость мыслить по-новому. Фридман не боялся идти
против общепринятого — и оказался прав».
Домашнее задание:
1. Нарисовать комикс «День из жизни Александра Фридмана»
2. Написать эссе «Что бы я спросил у Фридмана, если бы встретил его?»
3. Посмотреть короткий документальный фильм о космологии (ссылку можно дать)
Источники (для учителя):
Лекции Стивена Хокинга «Краткая история времени»
Книга «Космос» Карла Сагана
Материалы NASA и ESA о расширении Вселенной