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②则式可演变为要使上式成立,且、为任意值。所以有引入拉格朗日密度,为动能密度与势能密度之差则综上所述,对于一个具有波粒二象性的量子客体,我们得到了两个不同形式的动力学方程。即从粒子性角度所得的式和从波动性角度所得的式。根据前面的立论,我们承认单个量子客体同时具有波动性和粒子性双重性质。故而可令式等于式,即由哈密顿算符的性质:一、对自变量的变分都为零,对函数变分不为零;二、函数在具有积分上下限时值不变,其变分为零对式进行变形,即变分算符与积分算符互换有:把式、式、式、式代入式中得:要使式恒成立则由于式中式任意的,要使此式恒成立则必有即或为哈密顿算符,形式上与经典力学哈密顿函数相似,只需令:即具有波粒二象性的单个量子客体普遍成立的动力学方程——薛定谔方程。Lohmiller&Slotine证明:薛定谔方程可以从经典哈密顿-雅可比方程精确推导。关键在于,物理约束(如双缝)使经典作用量S
变成多值函数,只需有限条极值路径的叠加即可合成量子波函数,无需“无穷多条路径”或量子公设。该工作已发表于
ProceedingsoftheRoyalSocietyA,其数学严格性已通过同行评议。结合Couder的“行走液滴”实验——宏观液滴在本底振动的液面上表现出量子化轨道、双缝干涉等行为——两者共同揭示:量子世界的“诡异”并非独立公理,而是经典物理在特定约束下的自然涌现。Lohmiller&Slotine为Couder的实验现象提供了数学骨架,Couder的实验为前者的数学构造提供了直观的物理演示。虽然两个工作并未直接相互引用,但它们的核心思想在物理底层高度相通。10.13狄拉克方程适用于同时具有引力质量和电磁质量的粒子狄拉克方程的推导基于两个基本假设:一是相对论性原理,即物理定律在所有惯性参照系中都具有相同的形式;二是量子力学原理,即粒子的状态可以用波函数来描述,且满足叠加原理。通过这两个假设,狄拉克成功地构建了一个能够描述自由电子相对论性量子力学行为的方程。旋量场方程,特别是狄拉克方程,具有多种对称性。这些对称性在量子场论中起着至关重要的作用,它们不仅揭示了物理系统的内在性质,还与守恒定律密切相关。旋量场方程的连续对称性包括时间平移、空间平移和转动等,这些对称性可以通过诺特定理与相应的守恒定律联系起来。除了连续对称性,旋量场方程还具有一些分立对称性,包括时间反演对称性和空间反演对称性。时间反演对称性:时间反演操作下,系统的物理规律保持不变。空间反演对称性:空间反演操作下,系统的物理规律保持不变。这些分立对称性在量子场论中也有重要的应用,特别是在研究粒子和反粒子的性质时。无论薛定谔方程还是狄拉克方程,都是以能量-动量关系为纽带经算符化而建立的。但是薛定谔方程的哈密顿算符里除了以动量表达的动能因子还含有描述势能的因子,狄拉克方程缺了后者,主要是相对论是场论,无需引进势能。10.14广义相对论和量子力学矛盾的本质广义相对论和量子力学的矛盾不是宏观与微观的差别,而是引力质量(惯性质量)和电磁质量的区别,爱因斯坦与玻尔关于量子力学基础的争论持续30多年,其实都有正确的一面,也都有不完善的一面,不是唯物主义和唯心主义的争论。爱因斯坦晚年所说:“善良的上帝竟然会创造美妙而微妙的规则来确定宇宙中发生的大部分事物,而把少许事物完全留给偶然性。这感觉起来就不对。“要是上帝希望这样做,就会将事情完全包下来,而不会遵照某种模式……他本可以彻底地干。要是那样,我们就完全不必寻找定律了。量子力学固然令人赞叹,可是有一种内在的声音告诉我,那还不是真实的东西。这个理论说得很多,但是一点也没有使我们更接近于‘老头子’的秘密。无论如何,我深信上帝不是在掷骰子。”爱因斯坦是从引力质量性质出发,玻尔是从电磁质量性质出发,至此关于量子力学基础的争论可以告一段落。笔者认为诺顿穹顶悖论是在在于在其顶点构造了一个显含时间的力场,实践上并不存在,因为实践中并不存在真正的质点,如果考虑到物体尺寸大小,诺顿穹顶悖论并不存在,此时不是真正的显含时间的力场。质量分为引力质量(惯性质量)和电磁质量,引力质量(惯性质量)之间有引力——万有引力,也有斥力——弱相互作用,电磁质量之间的引力和斥力是电磁力、强相互作用,这样才满足对称性原理,对称性在现代物理理论中被作为第一性原理来运用。对称性原理和相对性原理基本上相同,相对性原理主要是坐标变换时的对称性,但有些物理系统还有内禀对称性,例如旋量场满足U(1)不变性,电磁场满足洛仑茨规范。10.15物质结构问题新解在原子内部氢原子结构比较简单,电子运动接近圆轨道,其他原子电子运行轨道非常复杂,只能利用电子云描述。把多烯分子追溯到强子、轻子、夸克、前夸克等层次的圈态群落态,会出现多圈链的纽结状。1987年日本数学家福原提出:假定一个纽结是由一条一定长度的柔软的线首尾相接而形成的,这条在线带有分布均匀的同种静电荷;根据同性相斥的原理,纽结的任何一部分都会尽量远离其相邻部分,从而使得纽结的总静电势能达到最小。这个最小能量就是纽结的一个不变量。1991年,日本数学家证明了:纽结越复杂,其最小能量就越大,而且对于任一给定的数值,能量不大于此数值的本质上不同的纽结只有有限多个,1993年美国数学家史蒂夫·布赖森等又证明:最简单的纽结,也就是说能量最小的纽结,确是人们所预期的普通圆圈。这从另一方面说明节点正多边形反映的是趋向理想瞬间的分子轨道能级圆周。二十世纪以来,人类对微观世界的探索经历了三次里程碑式的范式跃迁:第一次是量子力学的建立,把“粒子”与“波”统一为同一客体的两面;第二次是量子场论的兴起,将“粒子”诠释为量子场的激发,把相互作用理解为“交换虚粒子”所传递的势能耦合;第三次则是规范对称性原理[73]与重整化理论[74]的完善,使强、弱、电磁三种基本力在标准模型的框架内获得可计算、可检验的统一形式。其中量子色动力学[75](QCD)在微扰区已取得巨大成功,但在非微扰区因“色禁闭”与“手征对称性自发破缺”而难以直接给出核子–核子(NN)势[76];另一方面,传统核物理以“介子交换势”加“经验排斥芯”为起点,辅以手征有效场论(χEFT)或格点QCD做高阶修正,虽能拟合低能散射数据,却陷入参数膨胀、短程行为不可解释、计算量呈指数增长的困境。更棘手的是,电磁力、核力、弱力乃至引力在极短距离(≤1fm)处呈现错综复杂的干涉与交叉效应,单一模型往往顾此失彼。爱因斯坦讲:“相对论的不足之一在于无法解释物质结构。”通常情况下,当压强、温度一定时,物质的密度为定值,类似比热、电阻率也为定值等,笔者认为此时四种作用力处于基本平衡状态。当压强改变时,引力质量之间作用力的平衡状态被改变,密度必须改变;当温度发生改变时,电磁质量之间作用力的平衡状态被改变,密度也必须发生改变。当原子核中质子、中子达到平衡状态时,各种作用力处于相对平衡状态,原子核处于稳定状态。如果质子、中子数目继续增加,平衡状态被打破,此时便出现放射性元素。自然界存在的元素,质子数最大为92原因在于此。例如中子β衰变的具体过程,现代物理学认为首先中子会发射出W-玻色子,而为了保持电荷守恒届时其本身将带正电荷,于是中子就变成了质子,然后W-玻色子再衰变成电子和反电子中微子,至于弱作用不仅有W玻色子这样的带电载体粒子,也有中性粒子--Z玻色子,Z玻色子的交换不会改变粒子的电荷,只能导致动能和动量的变化,这个方式很象是经典意义上的力,这就是我们前面提到的那个没有解释的中性流过程,Z玻色子是有质量的。笔者认为中子衰变W-玻色子其实就是电子与中微子的复合体,不存在Z-玻色子,这样就可以理解变换过程中引力质量与电磁质量的变化过程。压电现象其实就是就是引力质量状态的改变导致电磁质量状态改变,压电现象逆效应就是电磁质量的变化导致引力质量的状态发生变化。10.16重新认识中子与质子质量差异现代物理学测量电子的引力质量约为9.109×10-31kg,质子的引力质量约为1.6726×10-27kg,中子的引力质量约为1.6749×10-27kg,中子比质子重约1.5×10-30kg。现代物理学认为中子与质子引力质量的微小差别在于质子带有电荷是错误的,如果认为电磁质量是引力质量一部分,那么质子的引力质量应该大于中子的引力质量,但是中子的引力质量大于质子的引力质量,笔者认为中子主要是有质子和电子组成,所以表观不显电性。中子的衰变₀¹n→₁¹H+₋₁⁰e+ν̅ₑ(反中微子),说明了这一点。现代物理学认为质子由一个上夸克和两个下夸克组成,中子由两个下夸克和上夸克组成应该是错误的。电子为何不是由夸克组成呢?如果认为夸克观点正确的话,11P+-1e=n+υ,说明上夸克和下夸克可以转化,夸克不是最小的物质单位。11.结语本文涉及问题很多,况且只是笔者个人观点,至今尚未有确切的答案,但是可以借用“数学界的亚历山大”、大数学家希尔伯特(Hilbert)的一句名言来表达对未来的信心:“我们必须知道,我们必将知道(Wemustknow,wewillknow)”。万物同理,宏微同性。宇宙所有物质运动,运动变化现象,一定遵循着某个共同拥有、不容破坏、可以为我们人类直观理解的运动最基本原理。因为只有这样,我们才有可能真正理解并统一至今仍没有被理解的自然界四种基本力;因为只有这样,我们才有可能真正直观地理解宇宙大自然。一个更根本的观点是,也许我们不应该再执着于“统一”,而是寻找连接这两个理论语言的中介翻译层。象是从牛顿→爱因斯坦时所经历的那种概念更新——不是否定旧有,而是包容、转化、重组。也许未来,物理学的重点不再是找出“终极粒子”,而是理解“模型背后的建模逻辑”。科学不是缺乏理论,而是缺乏范式转换的勇气。我们尚未统一量子力学与相对论,不是因为科学不够聪明,而是因为我们的语言还不够大胆。当你看到一群顶尖物理学家在会议上争论时,别以为他们不懂理论——他们其实在试图给宇宙找一套全新的语言系统。我们正在逼近科学的语言边界。现代物理学的发展历程证明了一个深刻的哲学观点:自然界在最基本的层面上遵循着简洁而优美的数学规律。从牛顿的机械宇宙到爱因斯坦的弯曲时空,从量子力学的概率波到现代统一理论的探索,每一次重大突破都体现了这种"激进简单性"的威力。正如卡罗尔所言,物理学的困难恰恰源于其简单——它要求我们放弃复杂的直觉,接受那些数学上简洁但概念上革命性的基本真理。分子之间既有引力也有斥力,就是电磁力和强相互作用合力的表现形式,微观分子之间作用力与宏观弹簧振子全息,微观、宏观、宇观遵循相同的规律,具有全息现象,没有暗能量、暗物质等。宇宙处于一个动态平衡状态,类似于中国古典科学中的阴阳平衡。爱因斯坦就曾说过:“西方科学的发展基于两项重大成就:希腊哲学家发明了形式逻辑系统(在欧几里得几何中),以及发现通过系统实验(文艺复兴时期)发现因果关系的可能性。在我看来,中国古代圣贤没有采取这些步骤,这不会感到惊讶。但是令我本人大为惊讶的是,这些科学发现竟然完全是被他们做出来了,以及应用到社会中。他们到底是运用什么逻辑体系,我实在是搞不明白。”现代物理学达到了如此惊人的地步,但更加深入的探索却使许多物理学们深刻地认识到现代物理学与东方神秘主义的高度的一致性,甚至在深度上还远不及后者。哥本哈根学派的泰斗玻尔非常地崇拜中国的阴阳太极图,著名的物理学家薛定谔常常钻到奥义书中去,一代的物理大师海森堡也喜欢到柏拉图的殿堂里去漫游。理论物理研究,最首要任务和最基本要求,就是用人们能够听懂的、最简单直接的语言或方法,把事物的本质讲清楚。把东西方文明融合在一起,在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展(1)在微观方向上深入下去,主要是研究电磁力和强相互作用合力的变化规律;爱因斯坦抛弃万有引力中“力”这个传统概念,而代之为质量引起空间的弯曲,这个理论将物理规律与几何联系在一起,无疑是一个认识的飞跃。维尔切克将这个思想推广到解释弱相互作用,电磁相互作用和强相互作用:广义相对论-狭义相对论的局域化;U(1)规范对称性-电荷特征空间旋转的局域化;SU(2)-弱核特征空间旋转的局域化;SU(3)-强核特征空间旋转的局域化,局域化对应高能物理标准模型的几何解释。(2)在宏观方向上拓展开去,主要研究引力与弱相互作用合力的变化规律或者从时空几何效应的角度研究;(3)深入探索各层次间的联系,进一步发展非线性科学,主要是电磁质量与引力质量之间的转化。本文提出的理论尚处于“山有小口,仿佛若有光”的起步阶段,吴水清先生认为:“在科学研究的路上,我们要以实验为根据,以数学为工具,以实用为目标,以理论为基础,进行开拓和创新。”李政道教授讲:“地球村人面临第三次物理学革命的挑战。”【16】自然科学是一个理论体系,它的客观性通常是通过如下原则来保证的:①在逻辑上,科学理论满足逻辑自洽性,或无逻辑矛盾;②在观测或测量上,科学理论满足实证原则,在科学事实的观察中,对观察事实有严格的要求,要求观察事实能够被其他观察者所重复,凡不能被重复的观察就不能作为科学的观察事实。③就理论本身来说,科学理论不仅要理解已知的科学事实,而且要能够预见新的未被观测到的事实。正如费曼所言:“科学的不确定性恰是其最迷人的部分——它永远留有探索的可能。”追求统一性,20世纪前后有两种截然不同的观点:爱因斯坦强调简单性,他说:“物理上真理的东西一定是逻辑上简单的东西,也就是说,它在基础上具有统一性”普里高津则强调复杂性,他说:“复杂性在我们对自然的描述的各个层次上,起着根本作用的认识,引导我们重新考查状态和规律之间,‘存在’和‘演化’之间的关系”。他又说:“谁会料到‘基本’粒子有如此复杂的结构,弹性钟摆有和完全的混乱毫不逊色的复杂性?”自然的基本结构到底是简单还是复杂呢?如果仅停留在分形学平面空间或球面空间阶段,最好的回答不过是:在合适的条件下,简单可以走向复杂;或者在某种情况下表现为简单性的东西,在另一种情况下可以表现为复杂性。致谢:本文是笔者三十多年思考的结果,写作过程中曾经受到了中国科学院理论物理研究所原所长、名誉所长、国家自然科学一等奖获得者、中国科学院资深院士彭桓武,中国科学院力学研究所研究员、国家自然科学一等奖获得者吴中祥研究员,中国科学院资深院士、美国杜邦公司特聘研究员、院士沈致远教授,中国科学院理论物理研究所原所长郝柏林院士,中国科学院理论物理研究所郭汉英研究员,复旦大学数学学院辜英求教授,北京大学物理学院曹昌祺教授、曾谨言教授,中国科学技术大学现代物理系沈惠川教授,东京大学理学部孙文明教授,大连理工大学陈方培教授,南京理工大学肖传云教授,清华大学张礼教授、高炳坤教授、虞昊教授、徐湛教授、邝宇平院士、尚仁成主任等人指导,在此谨致谢忱!!参考文献【1】爱因斯坦著方在庆,韩文博,何维国译.《爱因斯坦晚年文集》,海南出版社2000年3月第1版.【2】付全红,常建,郑建邦.连续分布电荷体系电荷元的自能问题.物理通报,2014(4):131—135.【3】任天忠,游阳明,魏连甲.浅谈惯性质量、引力质量和测度质量.沧州师范专科学校学报,第4卷第2期,2008年6月:40—42.【4】苑新喜.关于电子电磁质量问题的一点探讨.甘肃科技纵横,2016年(第45卷)第11期:70—74.【5】任天忠,游阳明,魏连甲.浅谈惯性质量、引力质量和测度质量.沧州师范专科学校学报,第24卷第2期,2008年6月:40—42.【6】韦伯着.陈凤至,张大卫译.广义相对论与引力波,第1版,北京科学出版社出版,1979年P.139.【7】吴大猷着.理论物理,第四册——相对论第1版,北京科学出版社出版,1983年P.224.【8】戴念祖主编.20世纪上半叶中国物理学论文集粹,第1版,湖南湖南教育出版社出版,1993年P.566.【9】王仁川着.《广义相对论引论》,中国科学技术大学出版社,1996年版.【10】霍金着霍金讲演录.湖南科技出版社,1995年:39.【11】苑新喜.关于引力理论的一点探讨性思考.中国基础科学.探索争鸣,2012年3月:22—24.【12】刘明成,刘文芳.引力常数G的可变性蕴含在广义相对论之中.松辽学刊(自然科学版),1987年第4期::15—16.【13】王军正,于骁,岳骞.无中微子双贝塔衰变实验发展沿革与未来展望.物理,第53卷,2024(5):301—309.【14】房栋梁.无中微子双贝塔衰变与超出标准模型的新物理.物理,第53卷,2024(5):310—316.【15】周顺.无中微子双贝塔衰变:新物理探索与宇宙学观测.物理,第53卷,2024(5):317—321.【16】T.D.Lee:《ParticlePhysicsandIntroductiontoFieldTheory》,SciencePress,Beijing,1981.【17】熊秉衡.在不同惯性系中的机械能守恒定律[J].物理通报,1964(6):261—264.【18】熊秉衡.“在不同惯性系中的机械能守恒定律”一文的更正与补充[J].物理通报,1965(3):116—117.【19】刘明成.机械能守恒定律服从力学相对性原理.松辽学刊(自然科学版),2001(2):28—30.【20】刘明成,赵文桐,刘文芳.引力机械能守恒定律在各惯性系都成立[J].物理通报,2015(6):123—124.【21】刘文芳,刘明成.关于功能原理之来源之探索.吉林师范大学学报(自然科学版),2007(2):119—120.【22】刘明成.对一道困扰中国力学教学40多年习题的思考.2025年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集.清华大学出版社,2025年7月:20—27.【23】赵文桐,刘文芳,刘明成.重力机械能守恒定律在各惯性系都成立[J].物理通报,2015(3):96—98.【24】鲁增贤,杨大卫,刘明成.相对性原理和协变性要求.吉林师范大学学报(自然科学版),2004年2月:82—83.【25】刘明成.破解功能原理的五十年错误表述.物理通报,2013年12月:108—109.【26】贺承绪,郑建平,张可,杨国华.质心参照系对热力学第一定律的特殊意义.大学物理(物理教育专刊),2004年第1期(总第29期):46—49.【27】张学斌.内能、热力学第一定律及功能原理.淮北煤炭师范学院学报,1986年第1期:69—74.【28】王志红,李卫平.关于热力学系统做功问题的探讨.物理教学探讨,第27卷总第340期,2009年第4期.【29】潘国顺,汪庆永.伽利略变换下热力学量的不变性和唯一性.华东工学院学报,1989年第1期:60—65.【30】田贵花,赵峥.关于运动变热的一个证明.北京师范大学学报(自然科学版),第36卷第5期,2000年10月:639—641.【31】刘发兴,刘颂豪.关于温度的相对论效应.广东工业大学学报,第15卷第1期,1998年3月:96—97,103.【32】张滢.热力学中的相对论变换.物理通报,2017年10月:18—20.【33】爱因斯坦文集:第一卷[M].商务印书馆,1994年版,第128页;第514页;第129页;第124页.【34】爱因斯坦文集:第三卷[M].商务印书馆,1978年版,第485页.【35】爱因斯坦文集:第三卷[M].商务印书馆,1978年版,第492页.【36】冯麟保.宇宙学引论[M].北京:科学出版社,1994.44.【37】白占立,王金枝.否定以太是片面的[J].河北师范学院学报(自然科学版),1997(1):59.【38】刘明成.Λ项存在的合理性和必要性.河北师范学院学报(自然科学版),1999(4):484—488.【39】刘明成,刘文芳.广义相对论中的光速不变性原理.黄淮学刊,第7卷第3期,1991年9月:79—81.【40】刘明成,刘文芳.引力系数G的可变性蕴含在广义相对论之中.松辽学刊,1987年第4期:15—16.【41】李永平,贺金玉.规范不变性与电荷守恒的关系.德州学院学报,第17卷第2期:28—31.【42】刘树坤,李永平.规范性与电荷守恒关系的再探讨.德州学院学报,第19卷第4期,2003年8月:28—31.【43】李永平,贺金玉.再论规范不变性与电荷守恒的关系.德州学院学报,第17卷第4期,2001年12月:36—38.【44】HiggsPW.Brokensymmetriesandthemassesofgaugebosons[J].Physicalreviewletters,1964,13(16):508.【45】Ellis,J.TheHiggsBosonandBeyond,CERNCourier,2013.【46】Susskind,L.TheAnthropicLandscapeofStringTheory[J],arXiv:hep-th/0302219,2003.【47】WittenE.Reflectionsonthefateofspacetime[J].Physicstoday,1996,49(4):24—30.【48】ConnesA.Noncommutativegeometryandthestandardmodelwithneutrinomixing[J].JournalofHighEnergyPhysics,2006,2006(11):081.【49】vanSuijlekom,W.D.NoncommutativeGeometryandParticlePhysics[M],Springer,2014.【50】PAULIW.TheoryofRelativity[M].Oxford:PergamonPress,1958.【51】TOLMANRC.Relativity,ThermodynamicsandCosmology[M].Oxford:OxfordUniversityPress,1950.152-162,300—318,80,79,66.【52】OTTH.Lorentz_transformationderWärmeundderTemperatur[J].ZeitschriftfǜrPhysik,1963.175:70—114(德文期刊).【53】[日本]汤川秀树H.经典物理学(Ⅱ)[M].郭永江,徐庚武,姜兆仁译,郑哲洙校.北京:科学出版社,1986.195—210.【54】PATHRIARK.StatisticalMechanics[M].Oxford:PergamonPress,1977.【55】谈镐生,朱如曾,谢文豹.关于相对论热力学中的温度变换[J].中国科学(A辑),1982,12(3):.244—253.【56】丁光涛,杨佳明.辐射功率不变性与温度的洛伦兹变换[J].科学通报,1985,30(3):183.【57】李复龄.相对论热力学的进展[J].物理学进展,1989,9(3):362—383.【58】刘泽文.相对论热力学的矢量理论[J].中国科学(A辑),1994,24(9):933—940.【59】彭桓武,徐锡申.理论物理基础[M].北京:北京大学出版社,1998.247【60】张元仲.狭义相对论实验基础[M].北京:科学出版社,1979,10,14,22-58,90—123.【61】ComptonAH.JournaloftheFranklinInstitute,1921,192(2):145.【62】HeisenbergW,JordanP.ZeitschriftfürPhysik,1926,37:263.【63】GerlachW,SternO.ZeitschriftfürPhysik,1922,9:349.【64】Schidt-BöckingH.Eur.Phys.J.H,2016,41:327.【65】A.爱因斯坦.爱因斯坦文集:第一卷[M].商务印书馆,2017.【66】温伯格.最初三分钟:关于宇宙起源的现代观点[M].重庆大学出版社,2018.【67】夏亿谦.温度定义两种表达式的关系.杭州大学学报(自然科学版),第22卷,增刊,1995年5月:108—110.【68】M.雅默.量子力学的哲学.M.秦克诚.译.北京:商务印书馆,1989:70-78,328,598,601,603.(YARMERM.ThePhilosophyofQuantumMechanics[M].QINKe-cheng,Transl.Beijing:TheCommercialPress,1989:70-78,328,598,601,603.)【69】雷内.托姆.突变论:思想和应用[M].周仲良,译.上海:上海译文出版社,1989:215-280,625.(THOMR.Mutation:TheoryIdeasandApplications[M].ZHOUZhong-liang,Transl.Shanghai:ShanghaiTranslationPublishingHouse,1989:215—280,625.)【70】坂田昌一,坂田昌一.科学哲学论文集[M].安度,译.北京知识出版社,2001:140.(SAKATAS,SakataShyoichiEssaysonSciencePhilosophy[M].ANDu,Transl.Beijing:KnowledgePublishingHouse,2001:140.)【71】汤川秀树.基本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