Будет планетой через 50 лет. Освоение космоса: гостиницы на Луне, ядерные реакторы в космосе и все те же скафандры. Как изменится человеческое сознание

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле - это особый вид материи, невидимый и неосязаемый для человека,
существующий независимо от нашего сознания.
Еще в древности ученые-мыслители догадывались, что вокруг магнита что-то существует.

Магнитная стрелка.

Магнитная стрелка – это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока.
Она представляет из себя маленький магнит, установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный.Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы.
Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на "север".
Линия, соединяющая полюсы магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки.
Аналогичная магнитная стрелка есть в любом компасе - приборе для ориентирования на местности.

Где возникает магнитное поле?

Опыт Эрстеда (1820г.) - показывает, как взаимодействует проводник с током и магнитная стрелка.

При замыкании эл цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения, при размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое первоначальное положение.

В пространстве вокруг проводника с током (а в общем случае вокруг любого движущегося электрического заряда) возникает магнитное поле.
Магнитные силы этого поля действуют на стрелку и поворачивают ее.

В общем случае можно сказать,
что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

ИНТЕРЕСНО, ЧТО...

Многие небесные тела – планеты и звезды - обладают собственными магнитными полями.
Однако наши ближайшие соседи- Луна, Венера и Марс - не имеют магнитного поля,
подобного земному.
___

Гильберт открыл, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Эта идея была запатентована лишь через 250 лет после смерти Гильберта.

В первой половине 90-х годов, когда появились новые грузинские монеты - лари,
местные воры-карманники обзавелись магнитами,
т.к. металл, из которого делались эти монеты, хорошо притягивался магнитом!

Если взять долларовую купюру за угол и поднести к мощному магниту
(например, подковообразному), создающему неоднородное магнитное поле, бумажка
отклонится к одному из полюсов. Оказывается, краска долларовой купюры содержит соли железа,
обладающие магнитными свойствами, поэтому доллар притягивается к одному из полюсов магнита.

Если поднести к плотницкому пузырьковому уровню большой магнит, то пузырек сдвинется.
Дело в том, что пузырьковый уровень заполнен диамагнитной жидкостью. Когда такую жидкость помещают в магнитное поле, то внутри нее создается магнитное поле противоположного направления, и она выталкивается из поля. Поэтому пузырек в жидкости приближается к магниту.

О НИХ НАДО ЗНАТЬ!

Организатором магнитно-компасного дела в ВМФ России был известный ученый-девиатор,
капитан I –го ранга, автор научных трудов по теории компаса И.П. Белаванец.
Участник кругосветного путешествия на фрегате "Паллада" и участник Крымской войны 1853-56 гг. онвпервые в мире осуществил размагничивание судна (1863 г.)
и решил проблему установки компасов внутри железной подводной лодки.
В 1865 г. был назначен начальником первой в стране Компасной обсерватории в Кронштадте.

Доброго времени суток, сегодня вы узнаете, что такое магнитное поле и откуда оно берется.

Каждый человек на планете хоть раз, но держал магнит в руках. Начиная от сувенирных магнитиков на холодильник, либо рабочие магниты для сбора железной пыльцы и многое другое. В детстве это была забавная игрушка которая приклеивалась к чёрному металлу, а к остальным металлам нет. Так в чём же секрет магнита и его магнитного поля .

Что такое магнитное поле

В какой момент магнит начинает притягивать к себе? Вокруг каждого магнита существует магнитное поле, попадая в которое, предметы начинают к нему притягиваться. Размер такого поля может различаться в зависимости от размеров магнита и его собственных свойств.

Термин из википедии:

Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

От куда берётся магнитное поле

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах, а также магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени.

Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы или проводники с . Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца , которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B. Она пропорциональна заряду частицы q, составляющей скорости v, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B, и величине индукции магнитного поля B.

У каких предметов есть магнитное поле

Мы часто не задумываемся об этом, но очень многие (если не все) окружающие нас предметы являются магнитами. Мы привыкли к тому, что магнит - это камешек с ярко выраженной силой притяжения к себе, но на самом деле сила притяжения есть практически у всего, просто она значительно ниже. Возьмем хотя бы нашу планету - мы ведь не улетаем в космос, хотя ничем за поверхность не держимся. Поле Земли значительно слабее, чем поле магнита-камешка, поэтому удерживает она нас только за счет своего огромного размера - если Вы когда-нибудь видели, как люди ходят по Луне (диаметр которой в четыре раза меньше), Вы наглядно поймете, о чем речь. Притяжение Земли основано во многом на металлических составляющих.ее коры и ядра - они имеют мощное магнитное поле. Возможно, Вы слышали о том, что рядом с большими залежами железной руды компасы перестают указывать верное направление на север - это потому, что принцип работы компаса основан на взаимодействии магнитных полей, а железная руда притягивает его стрелку.

Магнитное поле – это особая форма материи, которая создается магнитами, проводниками с током (движущимися заряженными частицами) и которую можно обнаружить по взаимодействию магнитов, проводников с током (движущихся заряженных частиц).

Опыт Эрстеда

Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда.

Магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника, поворачивается на некоторый угол при включении тока в проводнике. При размыкании цепи стрелка возвращается в исходное положение.

Из опыта Г. Эрстеда следует, что вокруг этого проводника существует магнитное поле.

Опыт Ампера
Два параллельных проводника, по которым протекает электрический ток, взаимодействуют между собой: притягиваются, если токи сонаправлены, и отталкиваются, если токи направлены противоположно. Это происходит из-за взаимодействия возникающих вокруг проводников магнитных полей.

Свойства магнитного поля

1. Материально, т.е. существует независимо от нас и наших знаний о нём.

2. Создаётся магнитами, проводниками с током (движущимися заряженными частицами)

3. Обнаруживается по взаимодействию магнитов, проводников с током (движущихся заряженных частиц)

4. Действует на магниты, проводники с током (движущиеся заряженные частицы) с некоторой силой

5. Никаких магнитных зарядов в природе не существует. Нельзя разделить северный и южный полюсы и получить тело с одним полюсом.

6. Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была найдена французским учёным Ампером. Ампер выдвинул заключение - магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.

Эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме.

Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает.

И наоборот: если плоскости, в которых вращаются электроны, параллельны друг другу и направления нормалей к этим плоскостям совпадают, то такие вещества усиливают внешнее магнитное поле.

7. Магнитные силы действуют в магнитном поле по определенным направлениям, которые называют магнитными силовыми линиями. С их помощью можно удобно и наглядно показывать магнитное поле в том или ином случае.

Чтобы более точно изобразить магнитное поле, условились в тех местах, где поле сильнее, показывать силовые линии расположенными гуще, т.е. ближе друг к другу. И наоборот, в местах, где поле слабее, показывают силовые линии в меньшем количестве, т.е. расположенными реже.

8. Магнитное поле характеризует вектор магнитной индукции.

Вектор магнитной индукции - векторная величина, характеризующая магнитное поле.

Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением северного полюса свободной магнитной стрелки в данной точке.

Направление вектора индукции поля и силы тока I связаны «правилом правого винта (буравчика)»:

если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости движения конца его рукоятки в данной точке совпадет с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

/ магнитное поле

Тема: Магнитное поле

Подготовил: Байгарашев Д.М.

Проверила: Габдуллина А.Т.

Магнитное Поле

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называются магнитными .

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс всегда будет указывать на север. На этом принципе основан компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называетсявектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта, при механическом моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает

северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока (рис. 59).

где n 01 = 4Пи 10-7В с/(А м). - магнитная постоянная, R - расстояние, I - сила тока в проводнике.

В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты. Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не обнаружено.

За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) - индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м2, по которой течет ток в 1 А, действует максимальный вращающий механический момент сил, равный 1 Н м.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, величина которой определяется следующим выражением:

где I - сила тока в проводнике, l - длина проводника, В - модуль вектора магнитной индукции, а - угол между вектором и направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.

Учитывая, что I = q 0 nSv, и подставляя это выражение в (3.21), получим F = q 0 nSh/B sin a . Число частиц (N) в заданном объеме проводника равно N = nSl, тогда F = q 0 NvB sin a .

Определим силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца показывали направление движения положительного заряда, большой отогнутый палец покажет направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками, по которым текут токи I 1 и I 2 равна:

где l - часть проводника, находящаяся в магнитном поле. Если токи одного направления, то проводники притягиваются (рис. 60), если противоположного направления - отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, равны по модулю, противоположны по направлению. Формула (3.22) является основной для определения единицы силы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая величина - магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции В 0 магнитного поля в вакууме:

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнитные, парамагнитные иферромагнитные .

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ.

Электроны в оболочке атомов вещества движутся по различным орбитам. Для упрощения считаем эти орбиты круговыми, и каждый электрон, обращающийся вокруг атомного ядра, можно рассматривать как круговой электрический ток. Каждый электрон, как круговой ток, создает магнитное поле, которое назовем орбитальным. Кроме того, у электрона в атоме есть собственное магнитное поле, называемое спиновым.

Если при внесении во внешнее магнитное поле с индукцией В 0 внутри вещества создается индукция В < В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n 1).

В диамагнитных материалах при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные поля электронов скомпенсированы, и при внесении их в магнитное поле индукция магнитного поля атома становится направленной против внешнего поля. Диамагнетик выталкивается из внешнего магнитного поля.

У парамагнитных материалов магнитная индукция электронов в атомах полностью не скомпенсирована, и атом в целом оказывается подобен маленькому постоянному магниту. Обычно в веществе все эти маленькие магниты ориентированы произвольно, и суммарная магнитная индукция всех их полей равна нулю. Если поместить парамагнетик во внешнее магнитное поле, то все маленькие магниты - атомы повернутся во внешнем магнитном поле подобно стрелкам компаса и магнитное поле в веществе усиливается (n >= 1).

Ферромагнитными называются такие материалы, в которых n " 1. В ферромагнитных материалах создаются так называемые домены, макроскопические области самопроизвольного намагничивания.

В разных доменах индукции магнитных полей имеют различные направления (рис. 61) и в большом кристалле

взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного образца во внешнее магнитное поле происходит смещение границ отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В 0 возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях В 0 индукция прекращает резкий рост. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерная особенность ферромагнитных материалов - явление гистерезиса, которое заключается в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля при его изменении.

Петля магнитного гистерезиса - замкнутая кривая (cdc`d`c), выражающая зависимость индукции в материале от амплитуды индукции внешнего поля при периодическом достаточно медленном изменении последнего (рис. 62).

Петля гистерезиса характеризуется следующими величинами B s , B r , B c . B s - максимальное значение индукции материала при В 0s ; В r - остаточная индукция, равная значению индукции в материале при уменьшении индукции внешнего магнитного поля от B 0s до нуля; -В с и В с - коэрцитивная сила - величина, равная индукции внешнего магнитного поля, необходимого для изменения индукции в материале от остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнетика существует такая температура (точка Кюри (Ж. Кюри, 1859-1906), выше которой ферромагнетик утрачивает свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа приведения намагниченного ферромагнетика в размагниченное состояние: а) нагреть выше точки Кюри и охладить; б) намагничивать материал переменным магнитным полем с медленно убывающей амплитудой.

Ферромагнетики, обладающие малой остаточной индукцией и коэрцитивной силой, называются магнитомягкими. Они находят применение в устройствах, где ферромагнетику приходится часто перемагничиваться (сердечники трансформаторов, генераторов и др.).

Магнитожесткие ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КРУГОВОГО ТОКА

Цель работы : изучить свойства магнитного поля, ознакомиться с понятием магнитной индукции. Определить индукцию магнитного поля на оси кругового тока.

Теоретическое введение. Магнитное поле. Существование в природе магнитного поля проявляется в многочисленных явлениях, простейшими из которых являются взаимодействие движущихся зарядов (токов), тока и постоянного магнита, двух постоянных магнитов. Магнитное поле векторное . Это означает, что для его количественного описания в каждой точке пространства необходимо задать вектор магнитной индукции. Иногда эту величину называют просто магнитной индукцией . Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки, находящейся в рассматриваемой точке пространства и свободной от других воздействий.

Так как магнитное поле является силовым, то его изображают с помощью линий магнитной индукции – линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этих точках поля. Принято через единичную площадку, перпендикулярную , проводить количество линий магнитной индукции, равное величине магнитной индукции. Таким образом, густота линий соответствует величине В . Опыты показывают, что в природе отсутствуют магнитные заряды. Следствием этого является то, что линии магнитной индукции замкнуты. Магнитное поле называется однородным, если векторы индукции во всех точках этого поля одинаковы, то есть, равны по модулю и имеют одинаковые направления.

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции : магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом.

В однородном магнитном поле на прямолинейный проводник действует сила Ампера :

где – вектор, равный по модулю длине проводникаl и совпадающий с направлением тока I в этом проводнике.

Направление силы Ампера определяется правилом правого винта (векторы , и образуют правовинтовую систему): если винт с правой резьбой расположить перпендикулярно к плоскости, образуемой векторами и , и вращать его от к по наименьшему углу, то поступательное движение винта укажет направление силы .В скалярном виде соотношение (1) можно записать следующим образом:

F = I ×l ×B ×sin a или (2).

Из последнего соотношения вытекает физический смысл магнитной индукции : магнитная индукция однородного поля численно равна силе, действующей на проводник с током 1 А, длиной 1 м, расположенный перпендикулярно направлению поля.

Единицей измерения магнитной индукции в СИ является Тесла (Тл) : .

Магнитное поле кругового тока. Электрический ток не только взаимодействуют с магнитным полем, но и создает его. Опыт показывает, что в вакууме элемент тока создает в точке пространства магнитное поле с индукцией

(3) ,

где – коэффициент пропорциональности, m 0 =4p×10-7 Гн/м – магнитная постоянная, – вектор, численно равный длине элемента проводника и совпадающий по направлению с элементарным током, – радиус-вектор, проведенный от элемента проводника в рассматриваемую точку поля, r – модуль радиуса-вектора. Соотношение (3) было экспериментально установлено Био и Саваром, проанализировано Лапласом и поэтому называется законом Био-Савара-Лапласа . Согласно правилу правого винта, вектор магнитной индукции в рассматриваемой точке оказывается перпендикулярным элементу тока и радиус-вектору .

На основе закона Био-Савара-Лапласа и принципа суперпозиции проводится расчет магнитных полей электрических токов, текущих в проводниках произвольной конфигурации, путем интегрирования по всей длине проводника. Например, магнитная индукция магнитного поля в центре кругового витка радиусом R , по которому течет ток I , равна:

Линии магнитной индукции кругового и прямого токов показаны на рисунке 1. На оси кругового тока линия магнитной индукции является прямой. Направление магнитной индукции связано с направлением тока в контуре правилом правого винта . В применении к круговому току его можно сформулировать так: если винт с правой резьбой вращать по направлению кругового тока, то поступательное движение винта укажет направление линий магнитной индукции, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором магнитной индукции.

, (5)

где R – радиус кольца, х – расстояние от центра кольца до точки оси, в которой определяется магнитная индукция.

Каково определение, магнитное поле..??

Роджер

В современной физике «Магнитное поле» рассматривается как одно из силовых полей, приводящее к действию магнитной силы на движущиеся электрические заряды. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами, как правило, электрическими токами, а также переменным электрическим полем. Существует гипотеза о возможности существования магнитных зарядов, что в принципе не запрещается электродинамикой, однако пока такие заряды (магнитные монополи) не обнаружены. В рамках электродинамики Максвелла магнитное поле оказалось тесно связанным с электрическим полем, что привело к возникновению единого понятия электромагнитное поле.
Полевая физика несколько меняет отношение к магнитному полю. Во-первых, она доказывает, что магнитных зарядов в принципе не может существовать. Во-вторых, магнитное поле оказывается не самостоятельным полем, равноправным электрическому, а одной из трех динамических поправок, возникающих при движении электрических зарядов. Поэтому полевая физика рассматривает в качестве фундаментального только электрическое поле, а магнитная сила становится одной из производных электрического взаимодействия.
P.S. профессор, конечно, лопух, но аппаратура при нем....

Мари

Магни́тное по́ле - составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты) . Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции \vec{\mathbf{B}}. В СИ магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл) .
Физические свойства
Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того магнитное поле может создаваться током заряженных частиц. В простых случаях оно может быть найдено из закона Био - Савара - Лапласа или теоремы о циркуляции (она же - закон Ампера) . В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла
Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током) . Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу называется силой Лоренца. Она пропорциональна заряду частицы и векторному произведению поля и скорости движения частицы.
Математическое представление
Векторная величина, образующая в пространстве поле с нулевой дивергенцией.

В самом конце XIX века одна французская компания задалась вопросом, как будет выглядеть мир через 100 лет. Она наняла художников, предоставила им полную свободу действий, и те создали знаменитую серию открыток, на которых старомодно одетые люди развозят почту на деревянных планерах, бороздят океаны верхом на морских коньках и пашут поля комбайнами-марионетками.

Сейчас начало XXI века. Каким будет мир, скажем, через 50 лет? Всем известно, что в первую очередь в будущем нас ждут проблемы. Мы активно изводим сами себя и больше заботимся не о том, чтобы выжить, а о том, как бы утянуть за собой в пропасть всю планету. Но представим, что ученые победили и человечество пошло по пути разума. Всем тем технологиям, которые доступны уже сейчас, дали зеленый свет, а люди пообещали не вставлять им палки в колеса и перестали подписывать петиции против ГМО.

Вся планета станет иной. Во-первых, совсем исчезнут мусорные свалки. Многие бактерии могут питаться полиэтиленовыми пакетами или даже чистой нефтью. Эту способность легко привить, скажем, кишечной палочке, изолировав и переместив необходимые гены. После этого можно будет делать из всего ненужного пластика почву. Для остальных отходов есть плазменная газификация — совершенно чистый метод переработки мусора, при применении которого к тому же еще и вырабатывается энергия.

Безотходное использование ресурсов существенно снизит потребность в добыче полезных ископаемых, и мы перестанем уничтожать природу ради шахт, заливать океаны нефтью и травить пластиком их обитателей.

Одновременно с этим отпадет нужда в лесной промышленности. Добываемая из бактерий целлюлоза чище и прочнее древесной, из нее можно выращивать объекты почти любой формы, а для производства как обычной бумаги, так и электронной вообще нет ничего лучше.

Вкупе с нулевыми выбросами токсичных веществ и парниковых газов все это позволит планете принять тот вид, который она имела до появления человека. Последним штрихом станет клонирование, которое воссоздаст исчезнувшие виды растений и животных. Как те, что вымерли по вине человека, вроде семиметровой ящерицы мегалании, сумчатого волка или страуса моа, так и исчезнувшие сами по себе, вроде шерстистого носорога или мамонта. Работа по клонированию последнего ведется уже несколько лет.

Клонировать кота или собаку можно уже сейчас, и состоятельные разводчики пользуются этим для воскрешения породистого или просто очень любимого животного. Но это только начало. Почему бы не сделать нового Шарика сильнее старого? Или, скажем, чуть красивее?

А поскольку генная инженерия в принципе может создать любую комбинацию признаков существующих животных, красивым и сильным Шариком дело не ограничится.

Гигантских мышей или крохотных светящихся в темноте кошек уже можно вывести в лаборатории, как и прелестных фиолетовых кроликов. В будущем же труд по созданию домашних питомцев возьмут на себя дизайнеры. Начало этому ученые положили в 2010-м, когда соорудили первый искусственный геном. В него включили цитаты из Джойса, огромный список имен и даже кусок html -кода.

Поэтому легко верится в то, что в 2065-м можно будет создавать гены целых организмов, просто собирая животных в компьютерном редакторе. А потом посылать файл на фабрику в Индонезию, где за месяц в специальном чане вырастят вашего нового домашнего слона или гибрид вороны с птеродактилем.

Если вся остальная природа просто вернется к своей обычной жизни, то сам человек совершит решительный скачок в будущее. Мы будем есть только ГМО. Обычные растения расходуют солнечную энергию крайне неэффективно: только пара процентов становится глюкозой — остальное просто рассеивается. Если же растениям пересадить гены определенных бактерий, то эффективность возрастет в разы. Теоретически это возможно уже сейчас, а в будущем крохотные плантации модифицированных риса и кукурузы будут снабжать население Земли всеми необходимыми питательными веществами.

Вооруженное генетикой, сельское хозяйство не только избавит человечество от голода, но и создаст идеальную пищу. На полках магазинов будет все больше «натурального» и все меньше «химического». Кому нужен ред-булл или сникерс, если можно купить банан, содержащий в себе ударную дозу кофеина и несколько тысяч калорий энергии? Такие бананы можно будет создавать на любой вкус: апельсиновые, с ароматом хвои, яблочно-земляничные, лакрично-лимонные… Ведь теоретически ничто не мешает придать какому угодно фрукту какой угодно природный вкус или комбинацию вкусов.

Больше всего изменимся, конечно, мы сами. Косметическая хирургия и краски для волос уйдут в прошлое. В будущем их заменит генная терапия. Раньше считалось, что гены взрослого организма изменить нельзя, но не так давно ученые из Гарварда нашли способ это сделать.

Бактериальные белки умеют находить особые участки ДНК и разрезать их. На основе этих белков ученые сумели создать молекулярный зонд, который может доставить нужный ген в нужное место в уже существующей клетке. С его помощью вполне реально сделать блондина брюнетом или устранить локальный кожный дефект.

Само собой, ни то, ни другое не произойдет в одночасье: новые волосы, как и новая кожа, должны будут вырасти. Хотя в будущем это может занимать гораздо меньше времени, чем сейчас: на скорость клеточных процессов влияет огромное количество факторов. Если их правильно подобрать, условия, весь процесс ускорится многократно.

Жизнь станет на порядок длиннее, и относиться к ней мы будем гораздо бережнее, потому что напоминания о здоровом образе жизни будут теперь на каждом шагу.

Все физиологические параметры организма, какие нам только нужно знать: уровень глюкозы, гормонов, ритм сердцебиения и т. д. и т. п., — будут в устройствах, которые придут на смену смартфонам. Они же будут сообщать, когда и что следует есть, когда и как тренироваться, когда и сколько спать, — в полном соответствии с данными медицины, а через полвека она будет знать гораздо больше, чем знает сейчас.

Люди будут повально заниматься медитацией, так же как сейчас — спортом. Исследования последних лет убедительно демонстрируют, что медитация многократно улучшает когнитивные способности, такие как память и внимание, положительно сказывается на самочувствии в целом и даже немного лечит рак.

Если окажутся бессильны медитация и смартфоны, помогут стволовые клетки. У каждого будет отложена парочка на черный день. Случись что, из них можно будет вырастить новую сетчатку, роговицу, зуб или кусок кожи. Потенциально из стволовых клеток можно вырастить любой орган, но зачастую технически проще либо использовать специально подготовленные органы животных, либо искусственный аналог.

Ну а уж если дело дошло до смерти, то, едва остановилось сердце, кровь умершего заменят раствором, предохраняющим клетки от превращения в лед, и все тело поместят в жидкий азот. Когда наука найдет способ возвращать человека к жизни и делать его бессмертным, тело достанут, починят и снова включат. По мнению некоторых ученых, это случится в ближайшие 100 лет.

Если же этого не произойдет, то можно будет создать клона и перенести «в него» сознание умершего. Уже сейчас известно, что наша личность закодирована в связях между нейронами, но пока нам не хватает мощности создать карты этих связей. Эту проблему планируют решить в течение ближайших десятилетий, и в будущем скопировать сознание станет технически возможно.

Сейчас задача медицины состоит в том, чтобы делать больных людей здоровыми. На это направлены все усилия: протезы делаются такими, чтобы идеально эмулировать утерянную конечность, а лекарства призваны вернуть утраченные способности, но не более того. Но, как уже отмечалось, в будущем люди будут здоровее, и потому медицина наконец-то обратит свой взор на здоровых людей.

Все начнется невинно, скажем с ресвератрола. Это вещество растительного происхождения, о котором на данный момент известно, что оно является чем-то вроде эликсира вечной жизни для крыс и мышей. Если в ходе клинических испытаний на людях будет выявлена хотя бы десятая часть этих положительных эффектов, то в будущем ресвератрол станет привычной биодобавкой, вроде витаминов.

Это откроет дорогу для всего остального. Разработка ноотропных агентов получит, наконец, должное финансирование, и в аптеках появятся препараты, улучшающие обучаемость в несколько раз или дающие, скажем, абсолютный слух. Это не так далеко от реальности, как может показаться: к примеру, вальпроевая кислота, которой лечат эпилепсию, действительно улучшает музыкальный слух.

Едва ли кто-то захочет отставать от стремительно умнеющих соседей, и новые ноотропы станут так же популярны, как кофеин. Это приведет к появлению целого рынка, будут открываться все новые и новые препараты, их сила начнет расти, и люди будут становиться все здоровее и умнее.

Тем временем протезирование разовьется настолько, что искусственные ноги, руки, глаза и уши будут лучше тех, которые даются от рождения. Изготовленные из сверхпрочных материалов, протезы сделают суперменом кого угодно, позволят видеть в темноте и слышать ультразвук.

Конечно, этому будут предшествовать долгие общественные дебаты. Специальная комиссия ООН издаст резолюцию «Что называть человеком», которая сначала покажется слишком смелой, а потом начнет мешать прогрессу и будет упразднена.

К тому времени знаний об устройстве человека будет накоплено столько, что мы сможем создавать новых людей с заданными физическими парамтерами и чертами характера. Это серьезно изменит наш взгляд на планирование семьи, а потенциально такие меры могут привести как к евгенической диктатуре, так и к миру Полдня XXII века братьев Стругацких.

В любом случае в отдаленном будущем детей будут вынашивать в специальных камерах, постоянно поддерживающих идеальные для плода условия. Теперь зародыш будет свободен от ига материнского организма с его нерегулярным и неправильным питанием, случайными походами в бар и незапланированными падениями после оных.

Скорее всего, именно это будет концом человечества, к которому относимся мы. После будет новый вид, превосходящий нас настолько же, насколько мы превосходим своих волосатых предков. Это не должно никого пугать: мы либо вымрем, либо станем чем-то иным — третьего не дано. Несмотря на все наши иллюзии, эволюция полностью определяет нашу историю и рано или поздно возьмет свое.

Даже если будущее окажется совсем другим, даже если эта статья через 100 лет будет чем-то вроде тех французских открыток начала XX века, в одном можно не сомневаться: вид Homo sapiens перестанет быть. Правда, скорее всего, потому, что вымрет.

Великое переселение народов

Можно сказать, что это время нового великого переселения народов. Сотни миллионов людей снимаются с насиженных мест и преодолевают тысячи километров в поисках лучшей жизни. В 2013 году в докладе ООН утверждалось, что общее число международных мигрантов (не путать с внутренней миграцией) в мире составляет 232 млн человек – это примерно 3,2% населения Земли. Больше всего мигрантов проживает на территории США: их число составляет 45 млн человек. Затем идет Россия, на территории которой находятся больше 11 млн мигрантов. Замыкает тройку лидеров Германия, где количество переселенцев из других стран составляет 9,8 млн.

Отметим, что подобное характерно не только для стран Запада. В Саудовской Аравии, например, число иммигрантов в общей структуре населения превышает 30%. В пятерку стран с самым большим количеством мигрантов попали также Объединенные Арабские Эмираты: на их территории проживает около 8 млн переселенцев из других стран (это при том, что население ОАЭ составляет всего 8,5 млн жителей).

Отметим несколько важных моментов: вышеназванная статистика не учитывает туристов, стажеров и студентов. Кроме того, тяжело фиксировать незарегистрированных мигрантов, число которых очень велико. Однако тенденция очевидна и так: с каждым годом все большее число людей стремится покинуть свою родину. По мнению экспертов Международной организации по миграции, уже к середине века количество международных мигрантов увеличится с 230-250 до более 400 млн человек.

Каковы же причины переселения народов в XXI столетии? Главная проблема в том, что условный «новый век» охватывает лишь 1/7 часть населения планеты, в то время как львиная доля стран остается на гораздо более низком уровне развития. Население отсталых регионов растет, а современные коммуникации позволяют миллионам людей перемещаться из одной точки планеты в другую. Иными словами, международная миграция является долгосрочным трендом, и она может иметь самые разные последствия.

Постиндустриальный мир

Сколь бы массовой ни была миграция, она бы не могла так сильно повлиять на структуру населения, если бы не важные изменения, происходящие в современном постиндустриальном мире. Речь идет, прежде всего, о снижении рождаемости. Известно, что для простого замещения поколений суммарный коэффициент рождаемости должен составлять 2,1 ребенка на женщину. В современной Германии, между тем, этот показатель равен 1,4. В 2015 году страна даже потеснила с пьедестала Японию, где рождаемость тоже очень низка. При таком положении дел международные мигранты постепенно замещают местное население.

Некоторые винят в низкой рождаемости «кризис духовности» и «атеистический Запад». Но эти тезисы кажутся надуманными. Например, в очень религиозной Италии рождаемость ниже, чем в Швеции, где процент атеистов чуть ли не самый высокий в мире. В мусульманском теократическом Иране сейчас на одну женщину приходится 1,9 ребенка – этот показатель немногим выше рождаемости в США и странах ЕС. Похожие тенденции мы также можем видеть на примере десятков стран Азии и Латинской Америки. Тех самых, где еще несколько десятилетий назад женщины могли рожать по десять детей и это считалось нормой.

Причины снижения рождаемости следует искать в общем уровне развития страны, а совсем не в духовности или других абстрактных понятиях. Рождаемость ниже там, где доминирующими являются индустриальный и постиндустриальный типы экономики. Следовательно, не нужны «новые руки» для сельского хозяйства, а человек может прожить, работая исключительно на себя. Добавим также, что в развитых странах высокие пенсии и это нивелирует необходимость иметь потомство. В ряде индустриальных стран рождаемость долгое время держалась на высоте. Но это происходило по инерции, и в наш постиндустриальный век мы такого уже не наблюдаем.

Эта теория, конечно, не может объяснить всех демографических метаморфоз. Но она, в частности, дает ответ, почему рождаемость в сельской местности традиционно выше, чем в городе. А также почему в разных странах, расположенных в разных точках планеты, мы наблюдаем схожие тенденции. Теория объясняет парадокс, согласно которому жители зажиточных государств зачастую бездетны, а голодающие страны имеют положительную демографическую динамику. Она также не сводит все к религии или философии, цикличному упадку или расцвету тех или иных культур.

Земля будущего

Мы рассмотрели главные аспекты, влияющие на рост/сокращение населения планеты. Теперь обратим внимание на прогнозы экспертов. Логично предположить, что численность населения слаборазвитых стран будет расти, а число жителей более развитых – уменьшаться. Есть, правда, исключения. Во Франции рождаемость находится на уровне, необходимом для простого замещения поколений: коэффициент ее составляет 2,1. Но такой показатель достигается за счет проживающих в стране представителей национальных меньшинств, сохраняющих высокую рождаемость.

В целом главными локомотивами естественного прироста населения станут Азия и Африка. Летом 2015 года Информационное бюро по проблемам народонаселения (США) представило прогноз, согласно которому к 2050 году 80% населяющих планету людей будут представителями африканских и азиатских национальностей. Это породит глубокие структурные перемены во всем мире. Экономический и культурный центр мира, например, может перенестись с Запада на Восток. И диктовать миру свои «правила игры» будут уже азиаты. К середине века эта часть света останется самой густонаселенной: на ее территориях будут проживать 5,3 млрд человек.

Огромным демографическим (и не только) потенциалом обладают африканские страны, особенно Нигерия, Эфиопия и Демократическая Республика Конго. В Нигерии, например, к концу века население может вырасти до 439 млн. Таким образом, эта страна может стать одним из мировых или, как минимум, региональных центров.

Похожий прогноз озвучил руководитель демографического отдела ООН Джон Уилмот (John R. Wilmoth). Согласно выводам экспертов этой организации, к середине столетия население Земли вырастет с текущих 7,3 млрд до 9,7 млрд. А уже к концу века общая численность населения увеличится до 11,2 млрд. Это усредненный прогнозируемый показатель: минимальный составляет 9,5 млрд, максимальный – 13,3. Прежде всего рост численности человечества будут обеспечивать африканские страны, расположенные южнее Сахары. В целом к концу века население Черного континента может увеличиться с текущих 1,2 млрд до 3,4-5,6 млрд жителей.

Плюс или минус

Рождаемость в странах Африки тоже постепенно снижается, но это происходит очень медленно – намного медленней, чем было в государствах Азии и Латинской Америки в 70-80 годы прошлого столетия. Причина проста: африканские страны чрезвычайно отсталые, а их население сохраняет традиционный уклад. Тот самый, который не требует баснословных денег на обучение и трудоустройство детей и при котором они являются не обузой, а средством к существованию. В странах с традиционным хозяйством только подрастающее поколение может обеспечить более или менее достойную старость своим родителям.

Нужно согласиться с экспертами, которые не прогнозируют скорого снижения рождаемости на Черном континенте. Предпосылок для этого просто нет. Если многие страны Азии во второй половине XX века развивались весьма стремительно, то Африка балансирует на грани жизни и смерти. Недостаток еды и воды, религиозный экстремизм и постоянные войны – все это «консервирует» отсталость Африки, не позволяя ей сделать шаг вперед. Конечно, ВВП той же Нигерии в 2014 году вырос на 7%. Но мы наблюдаем такой показатель лишь потому, что имеем дело со страной очень отсталой. А в таких случаях экономика часто показывает резкий и скачкообразный рост. Не будем также забывать, что 90% экспортных доходов Нигерии дает нефть, и это тоже, как мы убедились за последнее время, имеет свои риски.

Впрочем, к концу века население мира все же стабилизируется. По мнению экспертов ведущего англоязычного журнала Nature, это произойдет с вероятностью 85%. К этому времени некоторые страны могут практически вымереть (во всяком случае если говорить о коренных жителях). Первое место среди таких аутсайдеров много лет занимают страны СНГ. Прежде всего это Россия и Украина: здесь типичная для постиндустриальных стран низкая рождаемость соседствует с очень высокой смертностью.

Коэффициент смертности в Украине и России примерно в два раза выше, чем в Европе. На большей части территории Африки этот показатель еще выше, но там и рождаемость несравнимо превосходит европейскую. Есть и откровенно пугающие прогнозы. Так, экс-директор ЦРУ Майкл Хайден (Michael Vincent Hayden) заявил, что в ближайшие 40 лет население РФ сократится на 32 млн. Цифры кажутся преувеличенными, но нельзя сказать, что они не имеют под собой оснований.

Ученые шутят

Вернее, любители. В этом году пользователь Reddit с ником TeaDranks вынес на суд общественности интересную карту. На ней размер того или иного государства определяется количеством проживающих на его территории людей. Почти всю территорию современной России здесь занимает Китай, а рядом с ним соседствует просто гигантская Индия (правее нее находится безумно большой Бангладеш). В Африке Нигерия «расползлась» на добрую четверть континента, а США практически вытеснили с карты мира Канаду. Не повезло и жителям Австралии: этой страны тоже почти не видно.

В качестве инструмента для создания карты пользователь Reddit выбрал Paint, а данные черпал из открытых источников. Что-то похожее, кстати, в 2005-м представил другой картограф – Пол Брединг (Paul Breding).

Было бы наивно делать прогноз на основании таких наглядных показателей. Между тем Индия и Китай действительно могут стать сверхдержавами XXI века. Очевидно, свое влияние сохранят американцы и европейцы. Но это уже совсем другая тема для дискуссии.