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História e epistemologia da Física/A Revolução Quântica: diferenças entre revisões

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Linha 1:
 
== Teorias Clássicas da Estrutura da Matéria ==
 
== Precursores ==
 
 
=== Babilônicos ===
 
caos úmido
''
"Quando no alto o céu não era ainda nomeado,
nem em baixo a terra tinha nome,
Apsu, o primordial, de quem nascerão os deuses,
e Tiamat, a genitriz, que os parirá todos,
misturaram em um só todas as suas águas,
mas não tinham formado as pastagens, nem descobertos os canaviais,
quando nenhum dos deuses ainda aparecera,
nem era dotado de nome nem provido de destino,
então, de seu seio, os deuses foram criados."''<ref>Enuma elish, tablete 1</ref>
 
=== Hermes Trismegistus ===
 
trevas úmidas:
 
''"Subitamente, tudo se abriu diante de mim num momento, e tive uma visão sem limites, tudo tornou-se luz, serena e alegre, e ao vê-la apaixonei-me por ela. E pouco depois surgiu uma obscuridade dirigindo-se para baixo, em sua natureza assustadora e sombria, enrolando-se em espirais tortuosas, como uma serpente, foi assim que a percebi. Depois esta obscuridade transformou-se numa espécie de natureza úmida, agitada de uma maneira indizível e exalando um vapor, como o que sai do fogo e produzindo uma espécie de som, um gemido indescritível. Depois lançando um grito de apelo, sem articulação, tal que o comparei a uma voz de fogo, e ainda que saindo da luz auto-existente; um Verbo santo veio cobrir a Natureza, e um fogo sem mistura exalta-se da natureza úmida em direção à região sublime, era leve, vivo e ativo ao mesmo tempo; e o ar, sendo leve, seguia ao sopro ígneo elevando-se ao fogo, a partir da terra e da água, de forma a parecer preso ao fogo; pela terra e pela água, permaneciam no mesmo lugar, se bem que não se percebesse a terra separada da água: estavam continuamente em movimento sob a ação do sopro do Verbo que colocara-se sobre elas, segundo percebia minha audição."''<ref>Poimandres, 4</ref>
 
 
=== Velho Testamento ===
 
águas primordiais:
 
''"A terra estava informe e vazia; as trevas cobriam o abismo e o Espírito de Deus pairava sobre as águas."''<ref>Gênesis 1,2</ref>
 
 
=== Órficos ===
 
ovo primordial
 
"Ó Poderoso primordial (Protogonos), ouve minha oração, duplo, nascido de ovo e vagueando através do ar,
Rugindo glorioso em Suas asas douradas, de quem as raças dos Deuses e dos mortais provêm.
Ericapæus de celebrado poder, inefável, oculto, toda brilhante flor.
Obscuro aos olhos, Tu eliminas a obscuridade da noite, esplendor que tudo penetra, pura e santa luz
Por isso chamado Fanes (Eros), a glória do céu, em ondulantes asas pelo mundo tu voas.
Príapo, esplendor de olhos negros, a Ti eu canto, gentil, todo prudência, sempre abençoado rei,
Com alegre face em nosso direito divino e santo sacrifício propício brilha."<ref>Hino órfico a Protogonus</ref>
 
 
=== Mitologia grega ===
 
Eurínome e Ofião (vento norte)
 
''"No começo, no imenso caos do mundo, vivia solitária a bela e poderosa deusa Eurínome. Ela adorava dançar mas, não tendo uma base para apoiar seus pés, acabou por separar o céu do mar. Assim, começou a saltar e dançar por sobre as ondas que criara até que encontrou, do lado norte do mundo, um vento forte. Eurínome gostou do vento. Achou o seu frescor agradável e decidiu começar por ele a obra da criação. Apanhou, então, o fluido companheiro e, com as mãos enérgicas, esfregou-o até que se tornasse sólido. O vento se transformou em uma serpente, Ofião, que se estendeu aos pés de sua criadora. Com frio, Eurínome voltou a dançar para se aquecer. Ao tou a dançar para se aquecer. Ao vê-la dançando, a serpente se apaixonou pela deusa e uniu-se a ela para gerar todas as coisas que hoje existem. Ela, então, transformou-se em pomba, sentou-se sobre as águas do mar e pôs um ovo, que continha a natureza. Então, Ofião enrolou-se sete vezes ao redor do ovo para chocá-lo. Quando a casca rompeu saíram o Sol, a Lua, os planetas, os outros astros, a Terra, com suas montanhas e rios, as árvores, plantas, animais e os homens"''
 
Gaia e Urano
 
''"Primeiro que tudo surgiu o Caos
E depois Gaia, de amplo peito
Para sempre firme alicerce de todas as coisas
E o brumoso Tártaro num recesso da Terra de largos caminhos
E Eros, o mais belo de entre os deuses imortais
Que amolece os membros
E, no peito de todos os deuses e de todos os homens, domina o espírito e a vontade ponderada.
Do Caos nasceu o Érebro e a negra Noite
Da noite, por sua vez, nasceu o Éter e o Dia
Que ela concebeu e deu à luz, depois da sua ligação amorosa com Érebro.
E Gaia gerou primeiro Urano (o céu) constelado, igual a ela própria
Para a cobrir em toda a volta
E para ser eternamente a morada segura dos deuses bem-aventurados
Deu à luz, em seguida, as altas montanhas
Retiros aprazíveis das ninfas divinas
Que habitam as montanhas arborizadas
Também deu à luz o mar estéril
Que agita com as suas vagas, o Ponto, seu deleitoso amor.
E seguidamente, tendo partilhado o leito com Urano,
Gerou o oceano dos redemoinhos profundos,
E Coio e Crio e Hipérion e Jápeto…"''<ref>Hesíodo, Teogonia, 116-130</ref>
 
 
== Os Pré-Socráticos ==
 
Busca de uma unidade, um princípio
 
*Tales de Mileto: água
*Anaximandro de Mileto: ápeiron
*Anaximandro: ar
*Xenófones de Cólofon: terra
*Heráclito de Éfeso: fogo
 
matéria era contínua, não aceitavam o ‘vazio’ e, portanto, não podia haver ‘átomos’
descrição era sensorialista, baseada em propriedades (macroscópicas)
 
 
=== Tales de Mileto (624-546 a.C.) ===
 
primeiro a buscar uma explicação naturalística para o mundo
 
rejeitou a tradição pela inquirição
 
para Tales, o elemento básico, a partir do qual se tinha formado toda a matéria do Universo, era a água, possivelmente porque se manifesta nos três estados da matéria e porque a umidade é essencial à vida
 
possível influência do Egito (rio Nilo)
 
 
=== Anaximandro (611-547 a.C.) ===
 
como a Natureza é cíclica, nem o fogo, nem a água, nem o ar e nem a terra podiam ser o princípio fundamental
 
este deveria ser informe e conter os elementos antagonistas em forma potencial
 
 ápeiron
 
 
== Os "Atomistas" ==
 
Introdução do atomismo
 
 
=== Anaxágoras de Clazômenas: homeomerias ===
 
 
 
=== Leucipo & Demócrito: ‘átomos’ ===
 
 
 
=== Platão (Timeu): ‘átomos’ geométricos ===
 
 
átomos ainda com propriedades
 
substancialista
 
realista (existência real, não modelos)
 
 
=== Demócrito de Abdera (460-370 a.C.) ===
 
 
Desenvolveu a teoria do atomismo.
 
Natureza composta por átomos, partículas individuais, eternas e imutáveis.
 
*água: átomos arredondados e lisos
*terra: átomos com arestas
*sólidos: átomos com ganchos
*óleo: átomos pequenos, penetrantes
 
"Nada nasce do nada" e tudo se encadeia necessariamente em formulações atomistas.
 
surgimento por composição de átomos,
 
transformação por novos arranjos atômicos,
 
destruição e morte por sua separação.
 
 
=== Platão (427-347 a.C.) ===
 
fundou a Academia
 
Inscrição sobre o portal: “Não entre aqui quem não sabe Matemática”
 
escreveu Diálogos e República (utopia, sociedade ideal)
 
teve influência sobre o Cristianismo
 
atomismo geométrico:
*fogo - tetraedro (4 faces)
*terra - cubo (6 faces)
*ar - octaedro (8 faces)
*água - icosaedro (20 faces)
*éter - dodecaedro (12 faces)
 
 
== A Recuperação do atomismo ==
 
átomo como modelo
 
*Francis Bacon
*Gassendi
*Boyle
*Lémery
*Newton: deduz a Lei de Boyle
*Descartes: horror ao vácuo
*Faraday: vácuo isolante
 
 
== Modelo Atômico de Dalton ==
 
Aplicação à Química
 
formação dos compostos a partir dos elementos
 
única propriedade: “peso”
 
“peso relativo” = equivalente-grama
 
molécula: combinação de átomos em proporções simples
 
início do átomo clássico, mecânico
 
racionalização dos dados químicos
 
conservação da massa
 
 
== Modelo Atômico de Thompson ==
 
raios catódicos: e/m = elétron
 
cargas elétricas
 
átomo composto
 
‘pudim de ameixas’
 
 
== Modelo Atômico de Rutherford ==
 
estudante de Thompson
 
espalhamento por folha de ouro
 
 partículas carregadas
 
 núcleo
 
coroamento do átomo clássico
 
propriedades macroscópicas resultantes das interações
 
átomo material, com propriedades microscópicas
 
 
== Röntgen & Von Laue ==
 
1895-1896: Röntgen: emissão de uma radiação diferente que chama de raio X
1912: von Laue confirma em estes trabalhos.
 
 
== Final do séc. XIX ==
 
O Fim da Física
 
''"Agora, não há mais nada novo para ser descoberto pela Física. Tudo o que nos resta são medições cada vez mais precisas."''<ref>Lord Kelvin, matemático, físico e presidente da Royal Society Britânica, em palestra para a British Association for the Advancement of Science em 1900</ref>
 
No final do século XIX, parece que a física está acabada para a maioria dos físicos.
 
Os raios catódicos são identificados no final do século XIX por Hottorf, e aperfeiçoados por Goldstein e Crookes
 
 
== Art Nouveau ==
 
artistas descontentes
 
arte ‘comercial’:
 
arquitetura: caixote decorado ‘mecanicamente’
 
ordens gregas ← estruturas de madeira
 
novos padrões ← aço?
 
Horta: curvas orientais  Art Nouveau
 
Mecânica Clássica (geométrica) → Mecânica Quântica (ondulatória) ?
 
 
=== ''Hotel Tassel'', Horta ===
 
=== Casa Batló, Gaudí ===
 
 
== Séc. XX ==
 
 
== Pierre e Marie Curie ==
 
pesquisa em química sobre as substâncias a que dão o nome de radioativas
 
=== Radioactividade ===
 
*natural: urânio, tório
*artificial: reactores, plutônio, tecnécio
 
 
=== Efeitos biológicos ===
 
#Ionização atômica: radicais livres
#Átomos excitados: reacções químicas
#Alterações biológicas no núcleo
 
=== Aplicações das radiações ==
 
*imageologia: radiografia, TAC, termografia
*terapias: infravermelhos, ultravioletas, raios X, laser
 
== Rutherford & Soddy ==
 
1900-1904: hipótese da transmutação dos átomos radioativos
 
ousada para a época, sofreu várias críticas.
 
== Radiação de Corpo Negro ==
 
corpo quente emite radiação
 
a frequência é característica da temperatura (Lei do corpo negro)
*infravermelho (calor)
*luz visível (rubro)
*raios X
*raios gama
 
== Planck ==
 
hipótese de radiação em pacotes, que denominou, no singular de quantum.
 
freqüência proporcional à energia contida
 
 
=== Radiação de Corpos Negros ===
 
*h: cte. de Planck: 6,6310-34 J·s
*k: cte. de Boltzmann: 1,3810-23 J/K
*12/1900: “elemento de energia”  quantum
*radiação contínua
 
 
== Pontilhismo ==
 
 
=== Georges Seurat ===
 
estudou Maxwell e Helmholtz buscando colocar a óptica científica a serviço da representação pictórica.
 
além de querer pintar de acordo com idéias solidamente científicas, ele quis representá-las sobre a tela.
 
pinta a primeira obra descontínua desde o Renascimento, inaugurando o pontilhismo (divisionismo).
 
 
== Descontinuidade ==
 
Física: teoria quântica
 
Biologia: desenvolvimento da genética
 
 
== ''Tarde de Domingo na Ilha de Grande Jatte'', Seurat ==
 
 
== ''Detalhe de La Parade'', Seurat ==
 
 
== Espectros de emissão ==
 
 
=== Bohr ===
 
início da visão quântica
 
utiliza a teoria quântica de Planck
 
estados estacionários
 
órbitas clássicas
 
 
=== Modelo Atômico de Bohr ===
 
Interpretação de Espectros
 
cte. de Rydberg: 1,097107 m-1
 
raio de Bohr: 5,29210-11 m
 
racionaliza dados espectroscópicos
 
passo decisivo no conhecimento do átomo
 
comparável à introdução do sistema de Copérnico
 
deu sólida base experimental à elaboração da mecânica quântica
 
estudou as variações progressivas das propriedades químicas dos elementos
 
 
== Albert Einstein ==
 
 
=== Dados Biográficos ===
 
Aos 3 anos é considerado retardado pelo pai
 
Aos 23 anos começa a elaborar a Teoria da Relatividade (Restrita)
 
1905 - publica a TR sob o título de “sobre a Termodinâmica dos corpos em movimento”
 
1916 - enuncia a Teoria da Relatividade Geral
 
1921 - Prêmio Nobel de Física por seus estudos sobre o efeito fotoelétrico
 
 
=== Efeito Fotoelétrico ===
 
probl. da intensidade
 
probl. da freqüência
 
03/1905: radiação quantizada
 
Teoria corpuscular da luz
 
Planck (1913): Einstein “perdeu o rumo nas suas especulações”
de Broglie
 
raciocinou por analogia: existem cargas positivas e negativas, frio e o calor, etc.
 
o universo observável é composto inteiramente de matéria e energia (luz, raios cósmicos, etc.).
 
previu o comprimento de onda de uma radiação associada a um elétron
 
 
=== Dualismo Partícula-Onda ===
 
Einstein, de Broglie & Schrödinger
 
energia quantizada: partícula
 
momento linear como função do comprimento de onda: onda
 
de Broglie (1923): extensão à matéria
 
difração de elétrons (1927)
 
 
=== Princípio da Complementaridade ===
 
Bohr (1928): partícula e onda: aspectos complementares mas não simultâneos
 
Davies: “não tente visualizar uma onda-partícula!”
 
 
== Surrealismo ==
 
Incompreensibilidade
 
''"Durante a história da humanidade, nenhum estilo foi completamente incompreensível para o público como a arte que se produziu a partir do início do século XX. Em certa medida, o aparecimento de uma arte impenetrável tem uma ligação com o surgimento de uma ciência que também desnorteou o público das suas noções básicas da realidade."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
Surrealismo: prega o sonho, a negação da consciência, o abandono da razão sobre o ato criativo
 
Física Clássica: ancorada em equações matemáticas
 
Física Moderna: parece necessitar a negação da consciência do mundo
 
trouxeram uma forma nova de ver e interpretar a Natureza
 
aproxima-se da noção de complementaridade: vida e morte, real e imaginário, passado e futuro, o comunicável e o incomunicável, a altura e a profundidade<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
 
=== O império das luzes, de Magritte ===
 
"A paisagem leva-nos a pensar na noite, o céu no dia. Na minha opinião, esta simultaneidade de dia e noite tem o poder de surpreender e de encantar. Chamo a este poder poesia."<ref>Magritte</ref>
 
Só percebemos a noite porque existe o dia. Noite e dia são noções que não existem isoladamente. Podemos dizer que, mais do que opostos, noite e dia são conceitos complementares.<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.:� Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
 
=== Incompreensibilidade ===
 
''"Tanto o átomo quanto o instrumento de medida são incompreensíveis. Não podemos compreender o mundo quântico porque este é estranho ao entendimento humano. A pintura surrealista também é, por vezes, incompreensível a partir de uma racionalidade clássica, ou melhor, de uma consciência realista. É necessário buscar uma supra-realidade."''<ref>Herbert, A realidade quântica</ref>
 
 
=== Realidade ===
 
''"A interpretação de Copenhague nos diz que não podemos falar do real, mas apenas das representações que fazemos dele. Além disso, afirma que devemos abandonar as imagens e as linguagens clássicas se quisermos compreender os fenômenos atômicos. Só a matemática nos dá acesso a esses fenômenos. Novamente, Magritte nos ajuda a entender o que a interpretação de Copenhague fala sobre a realidade."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.:� Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
 
== Efeito Compton ==
 
Compton (1923): dois picos:  e ’
 
fóton perde energia na colisão com elétron livre  ’< 
 
colisão com elétron não livre: elástica  
 
colisão c/ conservação de momento e de energia
 
extensão do modelo dualístico ao raio-X
 
 
== Princípio de Incerteza ==
 
Heisenberg (1927)
 
não se pode saber ao mesmo tempo onde está e com qual velocidade
 
 abandonar a “falácia da bolinha”
 
 
== Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961) ==
 
 
=== Dados Biográficos ===
 
físico austríaco
 
1933: deixou Alemanha devido ao Nazismo
 
1933: em Oxford mas com problemas por ser adúltero, bem como sua mulher, com seu amigo Weyl
 
1934: não conseguiu Princeton nem Edimburgo por causa do seu relacionamento
 
1936: conseguiu posição em Graz
 
1938: Hitler invade Áustria, foge p/ Itália
 
1940: convidado para estabelecer o Instituto de Estudos Avançados em Dublin
mantém casos escandalosos com estudantes
 
1944: publica O que é a vida?, discussão sobre a Neguentropia e sobre uma molécula complexa que contém o código genético que inspira Watson e Crick a pesquisar o ‘gene’ e acabar descobrindo a molécula de DNA
 
sempre teve interessa na filosofia Vedanta do Hinduísmo, inspirando especulações sobre a possibilidade de que a consciência individual seja apenas a manifestação de uma consciência unitária que pervade o Universo
 
1922: publica artigo "Quantisierung als Eigenwertproblem“ na Annalen der Physik, contendo sua equação, que dava os níveis de energia corretos para o átomo de Hidrogênio
 
obteve a ‘equação de movimento’ quântica
 
descreve a evolução da ‘função de onda’ da partícula
 
embora seja chamada de ‘equação de onda’, é, na verdade, uma equação de difusão
 
 
== Função de onda ==
 
na Mecânica Clássica, um sistema é completamente descrito pela posição e velocidade de todas as partículas. Sua evolução é determinista.
 
na Mecânica Quântica, a descrição do sistema termina ao nível da função de onda.
Sua evolução é probabilista.
 
função complexa das coordenadas
 
Born (1926): interpretação probabilística
 
Schrödinger:
e*: densidade de carga
: no espaço de configurações
 
=== Orbitais atômicos ===
 
 
== Irrealidade ==
 
''"Os físicos estão se acostumando, pouco a pouco, a considerar as órbitas eletrônicas etc., não como realidade e sim como uma espécie de ‘potência’. A linguagem terminará se acostumando, ao menos até certo ponto, a esta situação real. Mas não é uma linguagem precisa com que se possa empregar os modelos lógicos normais, é uma linguagem que produz imagens em nossa mente, porém junto com elas provoca também a sensação de que as imagens só têm uma vaga relação com a realidade, que representam somente uma tendência até a realidade."''
 
Heisenberg
 
== Princípio da Correspondência ==
 
''"As equações da Física Quântica reduzem-se às leis clássicas, nas condições em que há concordância entre essas leis clássicas e a experiência."''<ref>Bohr & Heisenberg</ref>
 
 
== Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984 ) ==
 
 
=== Dados Biográficos ===
 
1928: quântica + relatividade = Equação de Dirac
 
soluções quadridimensionais
*2 para os estados do elétron
*e as outras 2?
 pósitron (1932)
 antimatéria
 
1930: publica Principles of Quantum Mechanics, livro-texto até hoje
inclui a notação bra-ket
 
1930: eleito para Royal Society
 
1933: Prêmio Nobel com Schrödinger
 
Várias interpretações
 
== Abstracionismo ==
 
Desmaterialização
''"Kupka, Kandinsky e Malévich foram motivados pela completa desmaterialização descrita pela nova física (Miller, 2001). Hoje, a natureza não é mais apenas o que vemos diretamente, pois a ciência criou novas possibilidades de pensarmos o mundo ao nosso redor. A essência dos objetos pode estar fora da aparência visual. A arte abstrata e a ciência do século XX parecem nos dizer isso."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
 
=== ''White'', Kandinsky ===
 
 
=== ''Composição'', Mondrian ===
 
 
== Indeterminação ==
 
''"A obra de Salvador Dalí também nos permite análises próximas da mecânica quântica, particularmente em relação ao princípio da indeterminação. Em vários quadros, Dalí pinta uma figura composta de diversas outras, de tal maneira que não podemos apreciar todas detalhadamente. Se optarmos por algum aspecto, perderemos outro e vice-versa. Exemplos disto podem ser vistos em Espanha (1938) e Mercado de escravos com o Busto de Voltaire (1940). No primeiro quadro, a visão da mulher nos faz perder os detalhes das batalhas que são travadas em seu interior. Já no segundo, o busto de Voltaire é formado por diversas outras figuras. Como em Espanha, não é possível visualizar com a mesma riqueza de detalhes todo o quadro. Utilizando a linguagem da mecânica quântica, podemos dizer que existe uma indeterminação intrínseca ao quadro."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.:� Ciência e arte: relações improváveis?<ref>
 
 
 
===''Espanha'', Dali ===
 
 
 
===''Mercado de Escravos com Aparição do Busto Invisível de Voltaire'', Dali===
 
==Duchamp===
''"O quadro Nu descendo a escada é uma resposta ao Cubismo sob a influência da descoberta dos raios X, em 1895. Duchamp busca a realidade invisível, onde o nu não está apenas despido de suas roupas, mas está, também, descarnado. Vários outros quadros da série Nus, todos de 1912, foram feitos sob forte influência da ciência contemporânea sobre Duchamp, em particular pesquisas relacionadas com elétrons e eletricidade."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.:� Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
''"Shearer e Gould (1997) afirmam que ele era um discípulo de Poincaré e entendia as geometrias não-euclidianas. Segundo Shearer, essa obra influenciou Lionel e Roger Penrose em um trabalho de 1958, onde eles anunciaram a descoberta de figuras impossíveis. Esse seria um exemplo no qual trabalho artístico teria influenciado uma descoberta científica. O que é mais típico é que a influência corra em sentido contrário, da ciência para a arte, como está bem documentado na história da arte."''<ref>REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M. Ciência e arte: relações improváveis?</ref>
 
 
=== ''Nu descendo a escada'', Duchamp ===
 
*HALLIDAY, RESNICK & WALKER, Fundamentos de Física, vol. 4, cap. 43, 44 e 45
*MORTIMER, Linguagem e formação de conceitos no ensino de Ciências, cap. 3
*PESSOA, Jr., Osvaldo. Conceitos de Física Quântica.
*HERBERT, Nick. A realidade quântica: nos confins da nova física. Rio de Janeiro: Francisco Alves, 1989.
*REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde - Manguinhos, out./2006.Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/hcsm/v13s0/04.pdf>
*GOMBRICH, E.H. História da Arte.
*http://pt.wikipedia.org/wiki/Cosmogonia
*http://pt.wikipedia.org/wiki/Mecânica_quântica
*http://en.wikipedia.org/wiki/Interpretation_of_quantum_mechanics
 
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