[爆卦]科學記號e是什麼?優點缺點精華區懶人包

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科學記號e 在 高均數學/升學帳 Instagram 的最佳貼文

2021-09-24 18:58:12

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  • 科學記號e 在 范琪斐的美國時間 Facebook 的最讚貼文

    2021-06-08 13:05:26
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    *****這是業配文*****

    這兩天看到一篇英國衛報的文,長知識了。

    比如說,你知道全世界只有三種生物有更年期嗎?一個當然是人類,另外兩個,你以為是猩猩之類的嗎?錯!一個是殺手鯨,killer whale, 一個是短肢領航鯨short-finned pilot whales。

    WTF!

    難怪我更年期開始以後,覺得自己越來越像鯨魚。

    文裡還說,為什麼這麼少生物會有更年期,是因為在自然環境裡,當你沒有繁殖下一代的功能之後,基本上沒有存在的必要!

    WTF!!

    還有還有,文裡還說,為什麼人類女性會有更年期,有所謂的”祖母論”。就是人類女性,雖然沒有繁殖下一代的功能了,但是對她們的孩子及孫子還是很有用。所以人類女性才會活過更年期。

    WTFFF!!!

    但作者也指出,“祖母論”,受到很多科學家質疑,因為根據一分研究狒狒跟獅子的報告指出, 沒有祖母的小狒狒跟小獅子活得沒有比較不好。

    我哩!

    隨便啦,我管你是為什麼,但文裡有一點我倒是毫不懷疑,就是更年期成為問題是二十世紀的事,這是因為人類的平均年齡越來越長,女性在更年期後,還要再活二三十年很尋常,所以如何降低更年期不適及更年期間及之後的保養才會變成熱門話題。

    我會去看這篇文,是因為這個作者跟我一樣有肌腱炎的問題。每次去按摩,只要按到腳踝跟小腿後側的阿基里斯腱就痛到唉唉叫。她也跟我一樣,以為是跑步過度造成的。但看了文章,我才理解,其實是因為更年期我在流失膠原蛋白的緣故。

    根據美國皮膚科醫學會(AAD)的說法,女性在更年期的前五年,皮膚會流失30%的膠原蛋白,接下來大概是每年流失2%.這解釋了我為什麼搬回台灣,感覺皮膚比以前還乾的疑惑。

    但膠原蛋白不是只使皮膚保持彈性,皺紋較少,它還是韌帶的主要成份,這解答了我為什麼過去幾年,肌腱炎老是復發,及關節老是卡卡的感覺。

    我以前不知道,但我現在知道了,所以現在能補充膠原蛋白的食物就卯起來吃。基本上是維他命C跟胺基酸,攝取、橘子,橄欖菜,草莓都不錯。

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    PS 另外一個更年期造成的,其實也已經困擾我一陣子的,是XX部位很乾。不是我不敢講,我是怕講了以後,臉書以為我要幹嘛,就把我們粉專做記號之類的。但我很希望有類似問題的朋友來交流一下,所以就私訊我吧!

  • 科學記號e 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 的精選貼文

    2020-10-13 15:11:45
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    【立場轉載】【2020 諾貝爾物理學獎】廣義相對論與宇宙最黑暗秘密

    打風落雨留在家,為何不試試學習黑洞的理論呢?😹😹😹

    //諾貝爾獎有三個科學奬項,我們在學校也習慣以「物理、化學、生物」等不同科目去區分不同科學領域。這種分界當然能夠方便我們以不同角度去理解各種自然現象,但大自然其實是不分科目的。科學最有趣的是各種自然現象環環相扣,我們不可能只改變大自然的某一個現象而不影響其他。就好像蝴蝶效應,牽一髮而動全身。

    廣義相對論間接推論暗物質存在的必要

    廣義相對論是目前最先進的重力理論,它能夠解釋迄今為止所有實驗和觀測數據。然而,天文學家發現銀河系的轉速和可觀測宇宙的物質分佈,都顯示需要比觀測到的物質更加多的質量。這是物理學的其中一個未解之謎,有時會被稱為「消失的質量」問題。那些「應該在而卻看不到」的物質,就叫做暗物質 (dark matter) 。

    有些物理學家猜測,會否根本沒有暗物質,而是廣義相對論需要被修改呢?他們研究「修正重力 (modified gravity) 」理論,希望藉由修正廣義相對論去解釋這些觀察結果,無需引入暗物質這個額外假設。可是從來沒有修正重力理論能媲美廣義相對論,完美地描述宇宙一切大尺度現象。

    天文學研究向來難以得到諾貝爾獎,因為天文發現往往缺乏短期實際應用。然而過去十年之間,有關天文發現的研究卻得到了五個諾貝爾物理學獎。換言之,過去幾十年間改變人類對宇宙的基本認知的,有一半是來自於天文現象。其中有關廣義相對論的包括 2017 年的重力波觀測、 2019 年的宇宙學研究,以及 2020 年的黑洞研究。

    不過很少人提及這三個關於廣義相對論的發現其實同時令暗物質的存在更加可信。因為這些發現測量得越精確,就代表廣義相對論的錯誤空間更小。換句話說,物理學家越來越難以靠修正重力去解釋「消失的質量」問題,所以暗物質的存在就越來越有其必要了。

    換句話說,如果證明黑洞存在,其對科學的影響並不單止是為愛因斯坦的功績錦上添花,而是能夠加深人類對構成宇宙的物質的理解。

    描述四維時空的圖

    談黑洞之前,我們首先要理解一下,物理學家是如何研究時空的。研究時空的一種方法,就是利用所謂的時空圖 (spacetime diagram) 。一般描述幾何空間的圖,在直軸和橫軸分別表示長和闊,形成一個二維平面。有時更可按需要加多一條垂直於平面的軸,代表高度。長、闊、高,構成三維空間。但如果要再加上時間呢?那麼就再在垂直於長、闊、高的第四個方向畫一條軸吧。咦?

    怎麼了,找不到第四個方向嗎?這是當然的,因為我們都是被囚禁在三維空間之中的生物。如果有生活在四維空間裡的生物,牠們會覺得我們很愚蠢,問我們:「為什麼不『抬頭』?第四個方向不就在這邊嗎?」就像我們看著平面國的居民一樣,在二維生物眼中,牠們的世界只有前後左右,沒有上下。到訪平面國的我們也會問:「為什麼不『抬頭』?第三個方向不就在這邊嗎?」但牠們無論如何也做不到。

    宇宙是三維空間,另外加上時間。如果要加上時間軸這個「第四維」的話,我們就必須犧牲空間維度。物理學家使用的時空圖就是個三維空間,直軸代表時間(時間軸)、兩條水平的橫軸代表空間(空間軸)。當然,把本來的三維空間放在二維的平面上,我們需要一些想像力。在時空圖上,每個點都代表在某時某地發生的一件事件 (event) ,因此我們可以利用時空圖看出事件之間因果關係。一個人在時空中活動的軌跡,在時空圖上稱為世界線 (world line) 。

    由於時間軸是垂直的,並且從時空圖的「下」向「上」流動。一個站在原地位置不變的人的世界線會是平行時間軸的直線。由於光線永遠以光速前進,光線的世界線會是一條斜線。而只要適當地選擇時間軸和空間軸的單位,光線的世界線就會是 45 度的斜線。因為沒有東西能跑得比光快,一個人未來可以發生的事件永遠被限制在「上」的那個由無數條 45 度的斜線構成的圓錐體之間,而從前發生可以影響現在的所有事件則永遠在「下」的圓錐體之間。這兩個「上」和「下」的圓錐體內的區域稱為那個人當刻的光錐 (light cone) ,而物理學家則習慣以「未來光錐 (future light cone) 」和「過去光錐 (past light cone) 」分別表示之。

    所有東西的世界線都必定被位於未來和過去光錐之內。在沒有加速度的情況下,所有世界線都會是直線。如果涉及加速,世界線就會是曲線。而廣義相對論的核心概念,就是重力與加速度相等,兩者是同一種東西。因此我們就知道如果在時空圖上放一個質量很大的東西,例如黑洞,那麼附近的世界線就會被扭曲。不單是物質所經歷的事件,連時空也會被重力場扭曲,因此時空圖上的格網線和光錐都會被扭曲往黑洞的方向。換句話說,越接近黑洞,你的越大部分光錐就會指向黑洞內部。因為你的世界線必須在光錐之內,你會剩下越來越小的可能逃離黑洞的吸引。

    2020 年的諾貝爾物理學獎一半頒給了彭羅斯 (Roger Penrose) ,以表揚他「發現黑洞形成是廣義相對論的嚴謹預測」。在彭羅斯之前的研究,大都對黑洞的特性作出了一些假設,例如球狀對稱。這是因為以往未有電腦能讓物理學家模擬黑洞,只能用人手推導方程。但廣義相對論是非線性偏微分方程,就算不是完全沒有可能也是極端難解開的,所以物理學家只能靠引入對稱和其他假設去簡化方程。因此許多廣義相對論的解都是帶有對稱假設的。這就使包括愛因斯坦在內的許多物理學家就疑惑,會不會是因為額外加入的對稱假設才使黑洞出現?在現實中並沒有完美的對稱,會不會就防止了黑洞的出現?

    黑洞只是數學上的副產品嗎?

    彭羅斯發現普通的高等數學並不足以解開廣義相對論的方程,因此他就轉向拓撲學 (topology) ,而且必須自己發明新的數學方法。拓撲學是數學其中一個比較抽象的分支,簡單來說就是研究各種形狀的特性的學問。 1963 年,他利用一種叫做共形變換或保角變換 (conformal transformation) 的技巧,把原本無限大的時空圖(因為空間和時間都是無限延伸的)化約成一幅有限大小的時空圖,稱為彭羅斯圖 (Penrose diagram) 。

    彭羅斯圖的好處除了是把無限縮為有限,還有另一個更重要的原因:故名思義,經過保角變換後的角度都不會改變。其實在日常生活中,我們經常都會把圖變換為另一種表達方式,例如世界地圖。由於地球表面是彎曲的,如果要把地圖畫在平面的紙上,就必須利用類似的數學變換。例如我們常見的長方形或橢圓形世界地圖,就是利用不同的變換從球面變換成平面。有些變換並不會保持角度不變,例如在飛機裡看到的那種世界地圖,在球面上的「直線」會變成了平面上的「曲線」。

    扯遠了。回來談彭羅斯圖,為什麼他想要保持角度不變?因為這樣的話,光錐的方向就會永遠不變,我們可以直接看出被重力影響的事件的過去與未來。彭羅斯也用數學證明,即使缺乏對稱性,黑洞也的確會形成。他更發現在黑洞裡,一個有著無限密度的點——奇點 (singularity) ——必然會形成。這其實就是彭羅斯-霍金奇點定理 (Penrose-Hawking singularity theorem) ,如果霍金仍然在世,他亦應該會共同獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。

    在奇點處,所有已知物理學定律都會崩潰。因此,很多物理學家都認為奇點是不可能存在宇宙中的,但彭羅斯的計算卻表明奇點不但可以存在,而且還必定存在,只是在黑洞的內部罷了。如果黑洞會旋轉的話(絕大部分都會),裡面存在的更不會是奇點,而是一個圈——奇異圈 (singularity ring) 。

    黑洞的表面拯救了懼怕奇點的物理學家。黑洞的表面稱為事件視界 (event horizon) ,在事件視界之內,你必須跑得比光線更快才能回到事件視界之外。因此沒有任何物質能夠回到黑洞外面,所以黑洞裡面發生什麼事,我們都無從得知。就是這個原因給予了科幻電影如《星際啟示錄 (Interstellar) 》創作的空間——在黑洞裡面,編劇、導演和演員都可以天馬行空。只要奇點永遠被事件視界包圍,大部分科學家就無需費心去擔心物理學可能會分崩離析了。甚至有些科學家主張,研究黑洞的內部並不是科學。

    雖然如此,卻沒有阻礙彭羅斯、霍金等當代理論天體物理學家,利用與當年愛因斯坦所用一樣的工具——紙和筆——去研究黑裡面發生的事情。雖然或許我們永遠無法證實,但他們的研究結果絕非無中生有,而是根據當代已知物理定律的猜測,即英文中所謂 educated guess 。利用彭羅斯圖,我們發現不單奇點必定存在,而且在黑洞裡面,時間和空間會互相角色。

    但這是什麼意思?數學上,時間和空間好像沒有分別,但在物理上兩者分別明顯:在空間中我們可以自由穿梭,但在時間裡我們卻只能順流前進。彭羅斯發現,帶領掉入黑洞的可憐蟲撞上奇點的並非空間,而是時間,因此我們也說奇點是時間的終點。亦因為在黑洞裡面掉落的方向是時間,向後回頭是不可能的,所以一旦落入黑洞,就只能走向時空的終結。

    看見黑洞旁的恆星亂舞

    另一半諾貝爾獎由 Reinhard Genzel 和 Andreas Ghez 平分,以表揚他們「發現銀河系中心的超大質量緻密天體」。銀河系中心的確有一個超大質量的物體,而且每個星系中心都有一個。這些質量極大的物體,就是所謂的超大質量黑洞 (supermassive blackholes) 。

    上世紀 50 年代開始,天文學家陸續發現了許多會釋放出無線電輻射的天體,稱為類星體 (quasars) 。之後其中一個類星體 3C273 被觀測確認是銀河系外的星系中心。根據計算, 3C273 釋放出的無線電能量是銀河系中所有恆星的 100 倍。起初,天文學家認為這些能夠釋放巨大能量的類星體,必然是些比太陽重百萬倍的恆星。但是理論計算結果卻表明,這麼重的恆星會是極不穩定的,而且壽命會非常短,因此類星體不可能是恆星。

    為什麼這些類星體不可能是恆星?因為恆星的發光度是有極限的,而且正比於恆星的質量。這個極限稱為愛丁頓極限 (Eddington limit) 。如果恆星的發光度超出愛丁頓極限,光壓(radiation pressure ,即光子對物質所施的壓力)就會超過恆星自身的重力,恆星就會變得不穩定。因此,天文學家逐漸改而相信類星體是位於星系中心的超大質量黑洞。這也令類星體多了一個名字:活躍星系核(active galactic nucleus)。

    每個黑洞旁邊都有一個最內穩定圓形軌道 (innermost stable circular orbit) ,依據黑洞會否旋轉而定,大概是黑洞半徑的 3–4.5 倍。比最內穩定圓形軌道更接近黑洞的範圍,環繞黑洞運行的物質都會因不穩定的軌道而墜落黑洞之中,並在墜落的過程中釋放出 6–42% 的能量,因此可以解釋活躍星系核的強大發光度。

    另一方面,彭羅斯在 1969 年亦發現一個旋轉的黑洞能夠把能量轉給物質,並且把物質拋出去,這個過程稱為彭羅斯過程 (Penrose process) 。換言之,從黑洞「偷取」能量是有可能的。科學家估計,科技非常先進的外星文明有可能居住於黑洞附近,並利用彭羅斯過程從黑洞提取免費的能源。這個過程亦進一步支持超大質量黑洞能夠釋放巨大能量的理論。

    由於 E=mc2 ,能量即是質量,因此被偷取能量的黑洞的質量就會減少。霍金在 1972 年發現一個不會旋轉的黑洞的表面積不可能減少。黑洞質量越大,其表面積就越大,因此不會旋轉的黑洞不會有彭羅斯過程。他亦發現,如果是個會旋轉的黑洞,其表面積是有可能減少的。因此霍金的結論支持了彭羅斯的理論。

    Genzel 和 Ghez 兩人的研究團隊已經分別利用位於智利的歐洲南方天文台 (European Southern Observatory) 的望遠鏡和位於夏威夷的凱克望遠鏡 (Keck Telescope) 監察了距離地球約 25,000 光年的銀河系中心區域將近 30 年之久。他們發現有很多移動速度非常快的恆星,正在環繞一個不發光的物體轉動。這個不發光的物體被稱為人馬座 A* (Sagittarius A*, 縮寫為 Sgr A*) 。 Sgr A* 會放出強大的無線電波,這點與活躍星系核的情況相似。

    他們不單確認了這些恆星的公轉速率與 Sgr A* 的距離的開方成反比, Genzel 的團隊更成功追蹤了一顆記號為 S2 的恆星的完整軌跡。這兩個結果都表明, Sgr A* 必然是一個非常細小但質量達 400 萬倍太陽質量的緻密天體。這樣極端的天體只有一種可能性:超大質量黑洞。

    霍金輻射 黑洞的未解之謎

    諾貝爾物理學委員會在解釋科學背景的文件中亦特別提及霍金的黑洞蒸發理論以及霍金輻射 (Hawking radiation) 。現時仍然未能探測到霍金輻射的存在,未來若成功的話除了將再一次驗證廣義相對論以外,更會對建立量子重力理論 (quantum gravity theory) 大有幫助。就讓我們拭目以待吧!

    重力波研究、宇宙學研究、黑洞研究,都是直接檢驗廣義相對論預言的方法。加上 2019 年 4 月 10 日公布的黑洞照片,大自然每一次都偏心愛因斯坦。相信愛因斯坦在天上又會伸出舌頭,調皮地說:「我早就知道了!」//

  • 科學記號e 在 洪仲清臨床心理師 Facebook 的最佳貼文

    2020-06-01 20:00:07
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    採行這套超速學習法的好理由不少:

    首先,深度學習能帶給你一種人生使命感。培養技能對你別具意義,對某事十分在行的感覺也很棒。超速學習是一條證明你有能力改善並充分利用人生的道路,能帶給你信心,相信自己可以成就一番事業。

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    最後,深度學習是可能的。知名企業家與投資人保羅‧葛藍(Paul Graham)曾說:「在許多領域,一年的專注工作加上經常的關注就已足夠。」同樣地,我想大多數人也會對自己不到一年(或幾個月)的專注學習所能成就的事感到驚訝。高強度的自主學習過程,可培養出你從未想過能學會的技能。超速學習可以幫助你發揮潛能,而這或許是實行它的最佳理由。

    ~詹姆斯‧克利爾,暢銷書《原子習慣》作者

    取自《超速學習》

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    各位朋友,晚安:

    學習是快樂的事,我很贊同這段話—因為我常在跟不同朋友的互動中,去理解朋友們的處境,去看到朋友們面對各自困難的強韌生命力,很多我可以學習的部分。

    尤其我很專注在聽對方說話的時候,我感覺內在升起一股平靜的能量。當我跟對方順暢地互動,愉悅感幾乎要滿出來的感覺。

    各位看到摘文,便可能猜到我的用意。雖然機率不高,或許幾千萬人當中才會有一個這樣的人,但一位忙碌於生活的媽媽,也可以有超凡的展現—我希望能鼓舞每天為生活忙碌而感到迷茫的朋友。

    專注投入,是一種極其享受的過程。即使是做家事,一樣能進入這種狀態。有時候,肢體在活動,心卻靜止了,彷彿遺世獨立,超然物外。

    目前還有一些考生,還沒完成人生大事。這本書很值得參考,有勵志的部分,但也有實際的方法,也許可以在最後這段時間幫點忙。

    祝願您,因學習而愉悅,知道人的潛能超乎想像!

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    專心致志—把刀磨利

    【文/ 史考特‧楊】

    現在我比較不會分心了。
    —右眼失明後的瑞士知名數學家李昂哈德.歐拉

    要是有個最不可能成為科學偉人的人選,那一定是瑪莉.薩默維爾(Mary Somerville)。她出生在十八世紀一個貧窮的蘇格蘭家庭,那時受高等教育對一名女性來說是不合體統的。她母親並未禁止她閱讀,但社會上大多數人並不贊同。一名姨母就對她母親批評道:「我不懂妳怎麼會讓瑪莉浪費時間去看書,她縫的衣服還沒一個男人縫的多。」當她真的有機會短暫去上學,她母親卻後悔付了那些學費。薩默維爾解釋道:「我只要學會把字寫好與記帳,她就很滿意了。那就是人們期望一個女人知道的一切。」身為一個女性,肩負著家務責任和比任何自學都重要的社會期待,讓她面對莫大阻礙。「男人永遠可以用公事當藉口來支配他的時間,女人卻完全不被允許這麼做。」她哀嘆道。她的第一任丈夫就強烈反對女性學習。

    但儘管阻礙重重,薩默維爾仍完成莫大的成就。她贏得數學方面的獎項、學會流利說好幾種外語,也懂得如何畫畫與彈奏鋼琴。在一八三五年,她與德國天文學家卡羅琳.赫歇爾(Caroline Herschel)成為皇家天文學會首度推選的女性會員。最後讓她功成名就的,是她把拉普拉斯《天體力學》的前兩卷翻譯出來並加以延伸。那是一部探討重力與高等數學的五卷巨作,被譽為繼牛頓寫下《數學原理》之後,最偉大的知識成就。拉普拉斯評論,薩默維爾是世界上唯一了解他著作的女性。

    對薩默維爾的處境與成就之間的巨大差異,最簡單的解釋就是「天才」。毫無疑問,她確實擁有不可思議的敏銳頭腦。她女兒曾表示,她母親在教導她的時候會變得很不耐煩。「我清楚記得,她修長白皙的手很不耐煩地指著書或書寫石板說:『妳難道看不出來嗎?那一點都不難,很清楚啊。』」可是,讀完她的人生自述,可了解這位表面上的天才深受許多不安全感的困擾。她聲稱自己「記性很差」,敘述自己兒時在學習新事物上的掙扎,甚至一度「認為自己年紀太大而無法學會外語」。我們無法得知那是客氣謙虛,還是自覺不夠好的真實感受,但至少知道她並非天生就有無可動搖的信心與超高天賦。

    再探究得更深一點,浮現的是薩默維爾的另一幅影像。沒錯,她有一顆非常敏銳的頭腦,但她擁有的更棒特質,是一股非比尋常的專注力。青少年時,當大人要她去睡覺,不准她點蠟燭看書,她就在腦子裡讀遍歐幾里德的數學著作。她還在為孩子哺乳時,一個朋友鼓勵她研讀植物學,於是她每天早上投入「一小時去研讀那門科學」。

    即使在完成她最偉大的成就,即翻譯與延伸拉普拉斯的《天體力學》期間,她都得做完所有撫養小孩、煮飯與清潔的家務。「我永遠都該待在家中,」她解釋,「我的好友與相識的朋友不遠千里、舟車勞頓地專程來看我,不接待他們就太不客氣也太吝嗇了。然而,有時當我正在思考某個困難的問題時,有個人跑進來說:『我來陪妳幾小時。』我會覺得很煩。不過,我透過建立習慣,已學會放下一個主題後,可以立刻再回到那個主題,就像在一本我讀的書上做個記號。」

    在成就偉大知識的領域當中,快速且深刻的專注力可說無所不在。愛因斯坦在構思廣義相對論的期間,專注程度之高讓他的胃出了問題。數學家保羅.艾狄胥服用大量安非他命來增加專注力,一個朋友打賭他不可能戒掉,就算是短時間不吃也沒辦法,他卻設法辦到了;但後來他抱怨,戒除安非他命的唯一結果是,在他無法專注的缺席期間,數學研究進度整整倒退了一個月。

    看到這些極端專注的歷史人物的故事,人的腦海中通常會浮現一幅孤獨天才心無旁騖工作、不問世事的影像。無論這有多麼引人注目,我比較感興趣的是薩默維爾擁有的那種專注。她身處的環境裡,不斷有人打擾、社會支持極少,還有盡不完的責任與義務,一個人如何有辦法擁有持久的專注力,不僅能學習驚人且廣泛的主題,還能到達如此深入的程度?就連法國數學家西莫恩.泊松都曾盛讚:「法國能看懂(她的)書的男人不超過二十個。」

    薩默維爾是怎麼做到如此善於專注的?從她在不盡理想的條件下完成困難心智工作的策略中,我們能蒐集到什麼訊息?

    人們在專注度上會遇到的困難,主要以三種情況出現:無法開始、無法維持,以及無法做到真正的專注。超速學習者會堅持不懈地想出辦法來解決這三個問題,也形成了良好專注力與深度學習能力的基礎。

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