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THEMA: Energiebilanz im Universum

Energiebilanz im Universum 05 Aug 2017 09:09 #18204

  • Ralf
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Im Wechselspiel von Gravitation und Kernprozessen kommt es zur Freisetzung von Energien. Sterne schleudern wohl den größten Teil heraus. Kernverschmelzungen unterhalb des Eisens setzen Energie frei, oberhalb verschlucken sie Energie.
Gravitation bildet dafür die Grundlage. Bei der Spaltung von Uran wird Bindungsenergie freigesetzt.
Chemische Prozesse (endogene oder exogene Energiebilanzen) tun das Gleiche.
Der Raum dehnt sich aus und damit wird die Energie verdünnt immer weiter.
Es sollte keine Energie verlorengehen.
Geht Energie verloren? Durch die Quantenphysik oder ähnlichem?

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Energiebilanz im Universum 05 Aug 2017 11:46 #18211

  • Chris
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Grüße dich. Verloren ist nun der falsche Gedanke. Sie wird frei, also das was zwischen der Maße wo da gespalten wird als Bindung drin steckt, oder aus der Verschmelzung hervor kommt, und bei der Verschmelzung aufgrund von Gravitation ist bei Eisen ende, jedoch die schmelze kann durchaus Energie frei setzen, diese ist nur geringer als das was man rein steckt. Energie verloren ist in der tat falsch es unterliegt nur einem Wandel, wenn Energie das ist was ich drunter verstehe, also Kraft mal Weg pro Zeit, und das geht nicht verloren.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**
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Energiebilanz im Universum 05 Aug 2017 16:38 #18217

  • Cyborg
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Ralf schrieb:

Der Raum dehnt sich aus und damit wird die Energie verdünnt immer weiter.
Es sollte keine Energie verlorengehen.

Nur die herkömmliche Energie und Materie dünnen sich aus. Die Gesamtenergiedichte im All bleibt gleich dank der Dunklen Energie. Und deshalb habe ich auch in anderen Threads dazu wie z.B. zum negativen Druck die Auffassung vertreten, dass die Energie sogar zunimmt. Mag ja sein, dass die Gesamtbilanz aus Epot und Ekin null ist, aber es wird m.E. ständig Energie eingetragen. Wie soll es sonst verständlich sein, dass der Raum zunimmt, aber die Gesamtenergiedichte gleich bleiben soll. Der Gesamtdruck auf eine Fläche ist auch gleich null, egal ob von einer Seite 1 bar und von der anderen auch 1 bar drücken oder von beiden Seiten jeweils 2 bar.
Grüße Cyborg

Das größte Glück und den tiefsten Sinn erfahren wir, wenn unser Sehnen, Suchen und Finden in einem einzigen Augenblick zeitgleich präsent sind. Der nächste Augenblick ist dann nur noch schnödes Haben. (Cyborg, am Innufer, 14. April 2018)
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Energiebilanz im Universum 06 Aug 2017 00:15 #18226

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Cyborg schrieb:
"Wie soll es sonst verständlich sein, dass der Raum zunimmt, aber die Gesamtenergiedichte gleich bleiben soll."

Das Universum expandiert > Vakuum (Raum). Durch Lambda beschleunigt. Der CMB verdünnt sich dadurch immer weiter. Die Anzahl der Wasserstoffatome pro m3 -dito. Wenn ich von (konstanter?) Vakuumenergie ausgehe, scheint es so, als ob damit Energie zum System hinzukäme und so ist es natürlich auch, aber dafür nimmt Materie ab = beide Terme Einsteins berühmter Formel sind wesensgleich = in der Gesamtbilanz bleibt die Summe aller Energien (Epot, Ekin, Feld-E, Wärme-E, Bindungs-E etc.) und Materie (sichtbar/dunkel) KONSTANT.

Lt. ART GILT ABER:


Einsteins RAUMZEIT Begriff sowie deren grundlegende Eigenschaften und Symmetrien > erweitertes Verständnis der Rolle der Energie > Erweiterung der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie > Einbeziehung des Begriffs des Gravitationsfeldes bzw. einer dynamischen Raumzeit > Energiebegriff dahingehend modifiziert, dass die Gesamtenergie eines physikalischen Systems als Summe der Einzelbeiträge (Energie von Körpern sowie Feldern) nicht mehr grundlegender Bestandteil des Theoriegebäudes selbst ist!
In der ART > alle physikalischen Objekte durch Felder beschrieben, wobei diese Felder (in jedem Punkt der Raumzeit definierte Objekte) zwar Energiedichten tragen, jedoch die in einem bestimmten Volumen enthaltene Gesamtenergie nicht mehr definiert werden kann.
Der Energieerhaltungssatz gilt dabei in einem lokalen Sinne streng weiter, indem nämlich eine in einem (infinitesimal kleinen) Volumen stattfindende Energieänderung immer einem Energiefluss durch die Oberfläche dieses Volumens entspricht. Allerdings ist es aufgrund mathematischer Eigenschaften der Theorie nicht mehr möglich, aus der Energiedichte (definiert für infinitesimale Volumina) die Gesamtenergie eines Systems zu definieren, das nun ein endliches Volumen einnimmt. D.h. dass die Summation (Integration) über die Energiedichten nicht mehr mathematisch konsistent formulierbar ist. Die Energieerhaltung ist deshalb NICHT verletzt wäre, sondern lediglich, dass der (globale) Begriff der Energie ist durch den (lokalen) Begriff der (weiterhin erhaltenen) Energiedichte zu ersetzen.
Die Erhaltung der Energiedichten wird mathematisch ausgedrückt durch eine sogenannte Kontinuitätsgleichung, die jedoch keine anschauliche Interpretation mehr gestattet.
Wie bekannt, suchen Physiker eine globale Definition der Energie unter Einbeziehung des Beitrages des Gravitationsfeldes zu formulieren.

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Energiebilanz im Universum 06 Aug 2017 01:12 #18229

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Chalawan,
da sage ich nur: Aha!
Ich muss wohl erst wirklich zum Cyborg mutieren und meinen Prozessor aufmotzen, um das wirklich zu verstehen.
Nur so viel: Natürlich nimmt die Dichte herkömmlicher Materie und Energie stetig ab durch Expansion, aber sie verschwindet ja nicht aus dem All. Aber die DE "trägt" doch auch Energie ein, wodurch die Gesamtdichte gleich bleibt. Und da sich der Raum erweitert, müsste die Gesamtenergie sich erhöhen, auch wenn sich alle Energien in ihrer Bilanz wieder auf null addieren. Wenn also trotz dieser mir logisch erscheinenden Überlegung die Gesamtenergie nicht zunehmen sollte und dies auch begründbar ist, dann ist die Begründung mir aber zu abstrakt und nicht nachvollziebar. Da fehlt mir wohl auch das mathematische Rüstzeug, um auf diese Höhen klettern zu können. Ich glaube, ich mache hinter das Thema nun für mich endgültig einen Schlussstrich.
Schöne Grüße Cyborg

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Energiebilanz im Universum 06 Aug 2017 07:14 #18230

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Na, Cyborg, Intel Core i7-6950X Extreme (Enthusiasten-CPU) schon installiert???

Meinst du in etwa: wenn wir 100% Energie/Materie haben und neuer Raum mit Vakuumenergie kommt HINZU, DANN sind es mehr als 100% … logisch aber nur wenn es GENAU SO IST! Woher wissen wir zum Beispiel, dass das Universum nicht in ideales Vakuum hinein expandiert?
Oder siehe 4.) (mein Favorit)

Laut ART:
a)Gesamtenergie ist nicht mehr grundlegender Bestandteil des Theoriegebäudes selbst
b)Die in einem bestimmten Volumen enthaltene Gesamtenergie kann nicht mehr definiert werden
c)Die Integration über die Energiedichten ist nicht mehr mathematisch konsistent formulierbar (der 1. HS der TD wird nicht verletzt): der (globale) Begriff der Energie ist durch den (lokalen) Begriff der (weiterhin erhaltenen) Energiedichte zu ersetzen.

1.)Ist dir die Konsequenz deines Gedankenganges bewusst? Du kippst den 1. HS der Thermodynamik! Und dann? An welche physikalischen Gesetze könnte man sich DANN NOCH HALTEN?
2.)Nach 80 Jahren muss doch die – alles verbindende - QG Theorie bald geschrieben sein?
3.)Einstein postulierte 1917, dass das Universum zwar unbegrenzt, aber räumlich endlich ist. Damit mussten keine Randbedingungen auferlegt werden. Diese Vorstellung eines räumlich geschlossenen Universums war eine vollständige Novität. Der einfach halber wählte er für sein Modell dieselbe Geometrie, welche die Oberfläche einer Kugel im 4D Euklidischen Raum besitzt. (auch wenn wir uns 3D vorstellen) – wenn wir das Volumen des Universums errechnen, gehen wir also von einem endlichen Universum aus, einer Kugel, obwohl diese permanent und mit einem Affenzahn expandiert! Nenn es „Zwischenlösung“. Siehe oben bzw. a,b,c

4.)Die Lösung (oder Zwischenlösung): Die QM Hypothese des Urknalls: Symmetriebruch, Phasenübergang, Mexican Hat, gehen von Raum (Vakuum) ohne Zeit aus und mit Quantenfluktuationen…damit gab es Energie „schon immer“, was zum 1. HS der TD wie die Faust aufs Auge passt.
5.)Wie wird es die QG formulieren? ANDERS! Denke ich an Einsteins Spruch: „Als Einstein Examina abnahm, fragte ihn einmal ein Student: "Sie stellen in diesem Semester ja genau die gleichen Fragen wie beim letzten Mal." Darauf Einstein: "Das ist wahr. Nur die Antworten sind diesmal anders."

Chalawan

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Energiebilanz im Universum 06 Aug 2017 11:03 #18237

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Chalawan schrieb:

Ist dir die Konsequenz deines Gedankenganges bewusst? Du kippst den 1. HS der Thermodynamik! Und dann? An welche physikalischen Gesetze könnte man sich DANN NOCH HALTEN?

Die neu gefundenen, mein Bester! Warum taten sich Kopernikus und co so schwer? Weil ihnen die Vorstellung der idealen Kreisbahn von der Antike ins Hirn gebrannt wurde.

Zu Punkt 3:
Wenn das Universum so flach ist, wie man behauptet, dann kann es nicht geschlossen sein. Außer es ist schier unendlich groß, also nur eine minimalste, von uns (noch) nicht messbare Krümmung, damit es sich doch noch schließt. Dann ist wahrscheinlich das überschaubare All so große wie ein Quark im Vergleich zur Galaxis.

Zu Punkt 4:
Es gibt Überlegungen, wonach das All eine Bran in einem höherdimensionalen Raum ist. Von dort könnte auch Energie zufließen (Schlagwort Calabi-Yau Raum).
In diesem Falle wäre der 1.HS sogar gerettet, denn unser All könnte ja durchaus nur ein Teil eines größeren Ganzen sein. Vielleicht kommt von der Stringtheorie doch noch mehr. Zugegeben, man hat sich vor 20-30 Jahren mehr erwartet als heute vorliegt.

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Energiebilanz im Universum 06 Aug 2017 12:40 #18243

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Cyborg 2.0,
Natürlich, Die Entwicklung geht immer weiter, ich halte an den Hauptsätzen fest, bin aber wegen Penrose' letztem Buch etwas skeptisch, ob sie im Universum uneingeschränkt gelten - was meinst du? - er hält aber am 2. HS "fest", klang in verschiedenen Reviews anders - seine "Umformulierungen" sind SEHR spannend - später mal mehr dazu.
Apropo Stringtheorie: Das swingende Universum" hat was! Leider fehlen die Beweise, aber die Theorie ist sehr elegant.
Schau mal hier, statt der Oberfläche eines Kugelformuniversums (flach) sehen es Stringtheoretiker so:
de.wikipedia.org/wiki/Torus#/media/File:...s_from_rectangle.gif (auch flach aber wandelbar, sozusagen endlich- unendlich)
bye
Chalawan

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Energiebilanz im Universum 08 Aug 2017 06:08 #18320

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Hallo Ralf!

Interessant, dass du in Erwägung ziehst, es könnte Energie verloren gehen -
zöge auch ich in Betracht, würde aber wahrscheinlich, wenn ich mich festlegen müsste, auf den 1. HS der TD berufen -
Cyborg hingegen, ein "zuviel" an Energie favorisiert -
wie passt das denn zusammen?

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Energiebilanz im Universum 08 Aug 2017 19:19 #18335

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Nun könnte es ja Verbindungen "unserer" Welt mit der Welt der Quanten geben. Es gibt sie natürlich. Daher könnte Energie verlorengehen oder dazugewonnen werden. Wer weiß das schon? Auch andere Phänomene wie den SL oder der DE könnten Verbindungpunkte sein.
Das aber wiederum setzt voraus, dass wir mit unserem Physikmathematikchemieenergieuniversum nur ein Teil des Ganzen sind.

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Energiebilanz im Universum 08 Aug 2017 20:06 #18341

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Ja, Ralf, Fragen über Fragen – wie interpretierst DU den 1. HS?

Wenn elektrischer Strom durch unsere Kabel fließt, geht immer ein Teil der Energie verloren.* Nicht so bei Supraleitern: Sie leiten ohne Energieverlust, sofern man sie extrem weit unter null Grad kühlt.“
1. *Energie geht nach dem 1. HS der TD nicht verloren und wird auch nicht gewonnen. Genau deshalb muss Energie schon immer „DA“ gewesen sein, was die QM Urknall Hypothese (Mexican Hat, Phasenübergang, Symmetriebruch) unterfüttert!
2. Energie wandelt sich um, wenn sie einem System (scheinbar) verloren geht…
3. Im Gegensatz zu Hochtemperatursupraleitung ist das zu Grunde liegende Prinzip bei Supraleitern bekannt – Cooper-Paare
4. Könnten darin die Gründe für die beschleunigte Expansion liegen?
Apropos
Einstein 1917:
„In diesem Sinne postulierte Einstein 1917, dass das Universum zwar unbegrenzt, aber räumlich endlich ist. Damit mussten keine Randbedingungen auferlegt werden. Diese Vorstellung eines räumlich geschlossenen Universums war eine vollständige Novität. Der Einfachheit halber wählte er für sein Modell dieselbe Geometrie, welche die Oberfläche einer Kugel im vier-dimensionalen Euklidischen Raum besitzt. (Man darf sich zur Veranschaulichung die der Oberfläche einer Kugel im gewohnten drei-dimensionalen Raum vorstellen.)“

1.) Stimmt Einsteins Ausspruch noch?
2.) Rotieren nicht alle Himmelskörper auch ganze Galaxien ellipsenförmig um Schwerpunkte, während das Universum wie ein Luftballon aufgeblasen wird? (Beschleunigte Expansion.)
3.) Wiederholt sich dies auf allen Skalen und wie groß sind die Radien und Zeiträume für die Milchstraße, bis sie sich einmal um sich selber gedreht hat?
4.) Dreht sich damit die Materie nicht in ihrer Gesamtheit im Kreis?

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Energiebilanz im Universum 08 Aug 2017 20:19 #18344

  • Ralf
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Hallo Chalawan!

Also Supraleitung ist ein physikalischer Effekt, welcher nicht dem HS der TD widerspricht, warum sollte er auch?
Es wird in diesem Fall eben die elektrische Energie zu 100 Prozent weitergeleitet ohne Widerstand ohne Wärmeentwicklung ohne Umwandlung in andere Energien. Kein Widerspruch.
Ich verstehe den Zusammenhang von beshleunigter Expansion und Supraleitung nicht so recht- sorry.
Das Universum unbegrenzt aber räumlich begrenzt- kein Widerspruch, denn Raum ist nur ein Attribut der Interpretation des Universums.
Sicher dreht sich die Materie im Kreis- wenn wir wissen, was ein Kreis in unserem Universum bedeutet.
Ich denke Einstein hat mit seinen Ansichten noch keinen Widersacher gefunden. (auch ich nicht, hihihi)

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Energiebilanz im Universum 08 Aug 2017 20:43 #18349

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Hej, Ralf,

-Ja, ich hatte einen Gedankensprung.
-Da nach dem 1. HS der TD keine Energie erzeugt wird bzw. verloren gehen kann, haben sich 2 Fragen schon einmal geklärt, okay?
-Ich stolperte über "Supraleiter" als ich nach Energieverlust googelte.
-Wie im Text, geht Energie - normalerweise - verloren/in Wärme umgewandelt und abgestrahlt>>>nicht so bei Supraleiter
-Das Universum ist nah am Nullpunkt, könnte es wie ein Supraleiter fungieren (ja, lach dir eins!)
-nächster Gedankensprung: Nach Einstein ist vieles beim Altem geblieben, okay, das hieße aber dann, dass wir "Mikroben" auf der Oberfläche des beschleunigt expandierenden Kugel-Universums bald keine anderen "Mikroben mehr sehen können"... Mikrobe=Galaxien, die, letztlich wie alles, um sich selber und um das nächstgrößere System rotieren, ODER?
-verstehst du, okay, vielleicht hat mein Hirn Stromausfall, aber das hieße, "lokal" wäre das Universum FLACH aber "global" RUND!?
?

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Energiebilanz im Universum 09 Aug 2017 18:05 #18385

Chalawan2000 schrieb: Das Universum ist nah am Nullpunkt, könnte es wie ein Supraleiter fungieren (ja, lach dir eins!)


Nur bestimmte Stoffe werden bei ganz tiefen Temperaturen supraleitend. Ein Universum mit stark verdünntem Gas dürfte nicht dazu gehören.

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Energiebilanz im Universum 09 Aug 2017 20:02 #18391

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ClausS schrieb:

Chalawan2000 schrieb: Das Universum ist nah am Nullpunkt, könnte es wie ein Supraleiter fungieren (ja, lach dir eins!)


Nur bestimmte Stoffe werden bei ganz tiefen Temperaturen supraleitend. Ein Universum mit stark verdünntem Gas dürfte nicht dazu gehören.

:lol:
Vielleicht lösen sich ja unterhalb einer bestimmten Temperatur wenigstens alle Festkörper auf.
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Energiebilanz im Universum 10 Aug 2017 11:18 #18412

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Dachte ichs mir doch, Ropp und ClausS!
Ich ließ den Gedanken zu, weil, wir gehen doch - ursprünglich - von 3 Aggregatzuständen aus, right? PLUS Plasma, PLUS Supraleitend.
Gibt es da noch mehr "Zustände"? Bzw. theoretisch, wenn sich der Raum NICHT ZWISCHEN GALAXIEN ÖFFNET UND NEUER RAUM HINAUSQUILLT (du hattest den Vergleich Erdbeben, Meeresgrund genannt, Claus) sondern in alle Richtungen expandiert, nee, nur nach außen, dann könnte die Beschleunigung der Expansion, unabhängig von der DE, auch daran liegen, dass der hinzukommende Raum noch dünner ist als der bisherige, denn a) was wissen wir schon von Vakuumenergie mit Sicherheit und b) der "neu hinzukommende Raum" hat erstmal keine Materie, sie ist ja im Universum ohnehin so dünn verteilt, dass sich das Universum in die Richtung von ideales oder fast ideales Gas bewegt. (auf der Erde können wir solche Vakua nicht annähernd herstellen)
Chalawan

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Energiebilanz im Universum 10 Aug 2017 11:42 #18413

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Hallo Ralf!

Gedankenexperiment zu deinem Thema:
Ein Polizist übt sich am Schießstand an der Waffe: Das Projektil knallt aus der Pistole und wird durch den Luftwiderstand abgebremst. Damit geht Energie verloren.

WIE verloren?
Was passiert genau?

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Energiebilanz im Universum 10 Aug 2017 13:35 #18417

Die Energie der Kugel wird durch Reibung mit der Luft in Wärme umgewandelt.
Sie "verliert" nur kinetische Energie.

Verzeiht mir bitte die Autokorrektur des Handys.

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Verzeiht mir bitte die Autokorrektur des Handys.

Energiebilanz im Universum 10 Aug 2017 20:12 #18439

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Ja das würde ich auch sagen, die Kugel verliert kinetische Energie, indem sie sie in Wärme umwandelt. Auch werden die Luftmoleküle in Bewegung gebracht, welches wiede Energie braucht.
Hoffentlich trifft die Kugel kein Leben!

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Energiebilanz im Universum 11 Aug 2017 20:38 #18477

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Genau, klar, wir hatte einmal eine ähnliche Frage von Denobio, mit einem abgeschossenen Pfeil und einer Zielscheibe, die sich auf ihn zu bewegte…
Die Gesamtenergie bleibt erhalten, der 1. HS der TD bleibt gültig*, obwohl das Projektil an Energie verliert. Es wird langsamer, doch für die Luftmoleküle hat – ebenso wie für die Moleküle des Projektils – die Zufallsbewegung und damit die Energie zugenommen. Durch die Reibung kam es zur Erwärmung.

* Und das gilt auch im Universum! Sind wir uns da auch einig?
Zum Glück geschah kein Mord, Ralf, nur eine, du weißt schon, Zielscheibe, wurde durchlöchert.
Chalawan

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