系统中的观察者(2)——基本框架

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  • 作者:jake
  • 时间:2010-02

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基本框架

正如在图1中,看到高脚杯和人脸都是正确的,没有错,关键在于哪种看法更方便、简洁。本章讨论的内容并不想推翻我们已经习惯的前景思维范式,而是想从背景出发进行一些尝试,看看哪里会出毛病。我们的目的是想提出一个框架,并用自然语言的方式尽量描绘出观察者理论的一个全貌。虽然这个全貌看起来很不严谨,很多地方需要更严格的讨论,但是它的表述却暗含了某种逻辑性,这就为进一步的数学公理化做好了一定的铺垫。

第一观察者

这篇文章所讨论的是一套关于观察者的理论,那么,显然我们先要说清楚究竟什么叫做观察者。 乍一看,这个问题非常的棘手,因为,我们通常会将观察者和具有自由意志的人划上等号,所以,要定义观察者的问题就变成了定义什么叫做自由意志的问题。但是,提起自由意志,就会让我们联想到人工智能程序有没有意志?植物人有没有意志?在地上爬的小虫子有没有自由意志?……等等一系列更加麻烦的问题。看起来我们一上来就给自己找来了一大堆的麻烦!

其实,之所以这条路行不通,完全是因为我们仍然站在科学前景来看问题。在努力回答上述问题的同时,其实我们心中遵循一种强烈的信念:所谓的观察者还有自由意志是可以被还原为基本物质运动规律的。所以,我们要通过打开人脑来研究自由意志;通过计算机程序来搭建AI程序;通过理解大分子运动规律来理解生命。这样我们只会落入无穷无尽的细节而不能脱身。

正如我一开始指出的,我们这里采取的思路是从背景出发,从而将那些棘手的问题巧妙地绕过去。也就是,我们并不打算把观察者还原为我们通常习惯的物质基础,而是把它作为一个基本的定义引入到我们的体系中来!正如严谨的数学也需要将一些基本的公理和原始定义作为推理的出发点一样,在我们的理论中,我们将观察者作为一个原始的定义,从这个原始定义出发引出更多的东西。

具体来说,首先,我们需要定义一个最基本的观察者,称之为“我”。笛卡尔说,“我思故我在”,这是因为笛卡尔唯一可以有确定信心把握的东西就是正在当下思考问题的这个我。更具体的,这个“我”既可以指正在键盘上敲下这句话的作者,也可以包括正在读这句话的读者“你”。所有可以理解这句话的那个“自我”就是我们理论中的第一观察者

第一观察者,“自我”,不仅仅是我们这个理论中的最基本定义,同时也是整个观察者世界的第一推动力。因为,接下来,我们就需要给这个“自我”原子赋予动作,这个动作就称之为“观察”。

观察

观察者睁开双眼能做的第一件事就是观察。什么叫做观察呢?观察就是区分!也就是对外在模模糊糊的世界进行区分,从而区分出一个一个物体出来。观察者的这种区分能力也类似于一条公理或者基本定义,它不需要我们解释。然而,这一条基本定义也许比第一观察者这个定义更加基本。

我们都知道,集合是数学的基础,而集合就是一种区分的标准。比如,我们说所有整数的集合,其实就给出了一个区分的标准,这样,只要你拿出来一个数,我就能判断出这个数是否属于集合。因此,我们可以把世界上的所有事物区分成两类,一个是整数,另一个不是整数。

集合论中最有意思的部分之一在于对关系的集合论定义。也就是集合AB的一种关系R可以定义为A \times B的一个子集。翻译成观察者理论的语言就是,当我们有了区分之后,AB被分为两个部分之后,AB会自然而然产生各种联系。这些联系也可以用观察者在AB的乘积集合上定义。因此,区分和联系会相互伴随出现。(请参考《离散数学》

虽然区分和联系这些概念完全可以用集合论的语言来描述,但是,在我们的理论中,集合并不是最根本的,观察者才是本质,因此观察者会根据自己的喜好来重新定义区分,从而创造出各种各样的集合。换句话说,由于我们并没有要求一种先验的存在方式,所以,观察者原则上可以根据不同的区分而创造出完全不同的宇宙,以至于,到最后我们讨论宇宙本体是什么样子的就变成了没有意义的事情。换成一种极端的说法也就是:这个世界是被观察者的区分定义出来的!

当然,你会觉得这种讨论很狡猾,因为按照这种逻辑,似乎任何东西都可以被观察者的区分能力而创造出来。也就是说,这种区分有太多的任意性,以至于最后没有带给我们更多的信息。但是,在后面的论述中,我们会看到,有趣的事情在于,即使是观察者的区分能力也并不是那么任意的,它有着一些非常深刻的共性。下面,我们就尝试沿着这些共性的特征进行探讨。

观察与时空

注:这一部分可能有太多的主观经验成分,如果读者不能很好理解,可直接跳过,应不会影响后续内容。

在本小节中,我们首先引入观察者的两种最基本的区分能力,从这两种基本的区分能力中将会自然产生空间和时间的概念。

观察者的第一区分:区分现在和非现在

观察者的第二区分:区分我和非我

假设你被恐怖组织绑架了,他们把你关闭到一间漆黑的小黑屋中。你全身被捆绑得严严实实,一点都不能动弹。小黑屋中也没有任何声音和气味。一句话:你的所有感官都被切断了,不能获得外界的一丝信息。如下图:

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图2-1、小黑屋中的观察者:观察者不能感受任何外界信息

这个时候你仍然会有一种能够区分现在和过去的能力。也就是说,你有一种时间流逝感,你能知道此时此刻的你和上一时刻的你是非常不同的。但是由于你的所有感官都失灵了,你不知道这个黑屋子有多大,不知道黑屋子里面还有没有其他东西,你甚至不能够感受重力、压力等任何外界输入的信息,因此在这个时候,你甚至并不能区分自我和外界。

接下来,有人打开了灯,你看到了小黑屋中的全部景象。虽然你仍然不能动弹,但是你终于可以具备第二种区分能力了:区别“我”和“非我”。其实,观察者所做出的这种自我与非我的区分,可以看成是一种空间上的区分。或者可以反过来,观察者这种区分自我与非我的能力其实正是空间的起源。当然,我这里所说的空间完全是从观察者本身出发的主观空间,而不是我们习惯的物理空间。

另外,观察者区分当下和非当下的能力也可以看作是一种主观时间的起源。换句话说,我们可以把观察者所具备的主观时间感定义为观察者的第一区分能力。然而,我们都知道时间具有方向性,也就是说时间不仅仅是对现在和非现在的区分,时间还有一个未来的侧面,那么这种未来的感觉是怎么来的呢?下面我们将会解释,观察者的第一区分能力和第二区分能力的组合就会使得观察者具备了未来的感觉,换句话说,观察者“创造了”未来。如下图示:

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图2-2 区分创造“未来”

当观察者同时具备了第一和第二观察能力,他就能同时区分现在、非现在以及我与非我,并且能将这些区分两两进行组合。在每一个现在的刹那,观察者可以将输入的信息区分为两种:一个来源于非我,一个来源于我。并且这些信息留存到了观察者非现在的记忆之中(图中的黑、白两种颜色方格,黑色表示来源于非我的信息,而白色表示来源于我的信息)。黑色的信息就被观察者定义为历史,白色的信息就被定义为幻想。我们知道,对于观察者而言,“我要的”或者“我想的”这部分信息无论是我的还是非我的都可以看作是观察者关于未来的设想,因此我们将这部分幻想的记忆称之为观察者的“主观未来”

这里可能读者会产生若干反驳意见,首先,按照我们通常的理解,未来是一种客观的时间状态。但是,在我们的理论中,我们就是要探索主观创造各种概念的可能性,所以我们这里不去定义什么是客观的未来,而只定义主观未来。

其次,第二个反驳可能会说,我们将观察者的幻想记忆称之为未来不妥,原因是观察者也会回忆过去的美好事件,而那些过去明明是已经发生的事情,怎么可能表示某种未来呢?其实,一旦观察者做出了我和非我的区分,以及现在和非现在的区分,那么这种区分就会一直存在,也就是说观察者已经把记忆中的信息区分为两类,可以想象为信息都被打上了标签。在每一个现在的刹那,当属于观察者美好回忆的这部分信息再次闪现在观察者眼前的时候,观察者实际上是可以分辨出这个信息是白色的,也就是属于过去曾经发生过的现实的信息。因此,观察者知道这属于过去而不属于未来。当这个闪现过后,实际上记忆中的这段信息就会标记出两个标签:即第二次的黑色和第一次的白色。因此,观察者的未来永远是那些没有发生在“非我”世界中的信息。

再次,也许你会反驳说,难道那些希望、灵感、美好的想法也来自于记忆吗?当然不是,他就来源于那个闪现,也就是此时此刻的观察。我们说观察就在于区分,但是这个区分并不等同于我们通常理解的区分,我们通常所说的区分是指对某种已知的事物进行分类,在我们的框架中,这相当于是对于从非我的部分输入进来的信息进行区分。然而,另外一种来自于我的信息区分,其实已经暗含了创造的过程。这里的区分实际上是对所谓的“空无”进行区分,因为“空无”是一种不可言说的状态,所以对于它的区分恰恰就能创造出各类东西出来。

最后,这里面的主观未来既包括了观察者关于自身的推测,又包含了观察者对于非我的推测,因此,它已经暗含了客观的未来。

以上关于未来的定义完全来源于笔者的一个主观体验:我设想做出来的一系列动作和我回忆的一系列动作在我的主观体验看来似乎没有更本质的区别

有了这些基本的区分概念以及时空的定义,我们就不难讨论更多更加有趣的概念了。比如我们可以说,当“我的”某部分信息和“非我的”某部分信息在一次闪现中重合(被区分为同一的)的时候,我们就可以说观察者对“非我的”未来进行了成功的预测。换句话说,预测可以理解为观察者的主观世界和外在世界在现在这个闪现中的某种同步。

当观察者的成功预测能够长期不断地、连续地发生的时候,观察者就会产生控制的假象!比如我能控制我的手举起来,那仅仅是因为在我的观察中,从“我”的信息部分产生了举起了手的印象,之后,从我的“非我”的外界输入了一个现象:我的手抬起来了,这两个信息在一次闪现中重合了,于是,我产生了我可以控制手的假象。也就是说,在我们的体系中,观察者仅仅具有区分得能力就可以具备控制、行动从而改造外界的本领。

观察与万物

既然时空都能从观察者那里创造出来,那么万事万物自然也就不在话下了。很明显,我们可以说观察者能够区分的一个一个集合就构成了世界上的万事万物。

然而,如果说万事万物都是一个被区分出来的集合,那么严格说这个事物的边界是不清晰的。例如下面的图:

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图2-3 对外界事物的区分

假如我们能够深入到分子的层面来看待整个世界,那么很多事物的边界就变得模糊起来。例如上面这张图中,我们究竟该不该把分子A或者B归类为蓝色圈中的事物集合呢?其实这里并没有完全标准的答案。在现实生活中,我们的确能看到一个一个完整的个体,例如一张桌子,这些个体的边界是非常清晰的。但是,这种清晰的边界反而是一种特例,如果观察者小到分子的层面,他看到的不再是桌子,而是一团模糊的、边界不清的分子甚至原子。因为,从更普遍的意义来讲,不清晰的边界才是根本。

除了空间上的不清晰边界,任何事物还具有一个时间上的不清晰边界。任何一个事物在每时每刻都会发生变化,变得不再成为它自己,所以观察者除了区分空间上的边界,还需要把该事物在时间上的边界给区分出来,例如下图:

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图2-4 在时空上对事物进行区分

在图中,从a到d表示了在时间(观察者的主观时间)流逝过程中,一团分子的运动情况。首先,由于时间的作用,任何事物都不是一成不变的(在本例中表现为这团分子的位置在不停的变化)。这也就体现为,对于任意两个时间点来说,被观察者称为是同一个个体的事物严格讲并不完全相同(如图中a,b,c蓝圈包围的部分)。因此,在每一个时刻,观察者不仅仅把蓝色的这团东西和周围的环境区分出来了,而且观察者还将不同时刻的蓝色物质联系到了一起,并认定为是同一个事物在不同时间上的表现。直到d时刻,分子散开,观察者不会再把蓝色的分子团和它的环境区分出来,取而代之的是两团新产生的分子团(红色的团)。因此,我们说原来的蓝色分子团死亡了,而两个红色的分子团诞生了!所以,观察者不仅仅就这群分子团进行了空间上的划分,而且进行了时间上的划分!正是因为观察者划分的模糊性和不确定性,使得任何事物的边界(空间和时间上的)都是不确定的。

因果

有趣的是,观察者的区分行为总会伴随着相互联系。你区分了A和B,就必然会伴随着A和B之间的某种联系,而这种联系也可以看作是一种区分,只不过该区分是在集合A与B的直积 中做出的。因果则是观察者为了阐述事物之间的普遍联系的一种必不可少的工具,它体现为一种单向的联系

亚里士多德曾经把事物的原因分成四种,即:质料因、形式因、动力因和目的因。质料因表示事物的组成材料构成该事物的一种原因。形式因则是说这些材料堆积出来的形式反过来决定了底层的质料从而构成了原因。动力因是追寻推动事物发展的某种动力,目的因则是说决定事物发展的方向。亚里士多德的这四种原因完全可以被解读为空间和时间上的四种特殊的因果联系,这些因果联系是和观察者的区分能力分不开的。比如:

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图2-5 空间上的因果

左图是一个由大量细胞个体构成的小虫整体,观察者将小虫从环境中区分出来了。很显然,小虫的性质(整体)是由所有细胞的个体的性质决定的。因为细胞个体是小虫整体的质料,所以,完全可以把细胞解释成小虫整体的质料因。在右图中,我们画出了一个实的从下而上的箭头来表示这样一种从个体到整体的因果关系。这种因果联系是我们普遍接受的因果解释,例如我说石灰完全决定了石头的性质,因为石灰是石头的组成材料。

但是,另外一种原因,即右图中从上而下的箭头却往往被我们忽视。这就是整体会通过组合、形成材质的形式来决定低层次的个体,从而我们能够从上到下引出一个因果箭头,这个箭头在亚里士多德的体系中被定义为一种形式因,即事物的形式会反过来决定事物的质料。生命的自我修复现象就是一个明显的例子。假如这个小虫个体的某部分质料(某些细胞)被切除了,那么高层次的整体就会出于形式的完整性而再生出这些低层次的细胞个体。

前面两种原因仅仅说明了空间上的一种因果联系。更有趣的因果联系发生在时间上。如下图示:

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图2-6 时间上的因果

在时间上看,观察者又把事物区分成过去的事物、现在的事物和未来的事物。那么,很显然事物的过去会决定事物的未来,比如桌子上滚动的小球,小球上一时刻的位置和速度就决定了小球现在的位置和速度,这就是亚里士多德所说的动力因。虽然我们已经习惯于从过去到现在,从现在到未来的动力因现象,但是在很多事物中,观察者还会倾向于另外一种解释,即从小球的未来而决定小球的现在。我们可以说小球之所以会沿着斜面往下滚,是因为“小球试图最小化重力势能”,于是我们给小球的现在状态赋予了某种目的性,这种目的性导致了时间轴上的另外一个反向的从未来指向现在的因果箭头,也就是亚里士多德所说的目的因。

其实,按照本文的观点,一切的因果都是观察者对事物关系的区分结果,所以,质料因和动力因照理说不会比形式因和目的因更优越。在对具体的事物进行解释的时候,我们总会聪明地选择这四种原因的一种或者多种。但是,由于理性主义、物质主义的发展过剩,使得我们更倾向于只看前景,而不看后景,以至于大部分人都会以为质料因和动力因更真实,而形式因和目的因充其量不过是一种方便的说法而已。因此,后两种原因已经成为了大众认知模式中的背景。

第二观察者

由于现代人只盯住前景看,所以,对于形式因和目的因等因果形式就会忽略,而这种忽略恰恰就导致了人们不能理解生命、智能是怎么可能的。因为,生命以及智慧完全可以定义为形式因和目的因驱动的系统。

按照智利生物学家Maturana和Varela,还有理论生物学家Kauffman,以及数学家Robert Rosen等的观点,可以说所谓的生命(或者说狭义的生命)就是指形式因会起到主导性的、起决定因素作用的系统。因此,这些科学家们曾试图构建诸如自生产系统、自催化网络等等理论模型来理解生命的本质和起源。

按照我的观点,我们可以将所谓的意识或者智能(也可以称之为广义的生命)定义为不仅仅形式因,而且目的因也会起着重要的指导性因素的系统

这里似乎我轻描淡写的就把生命本质和智能本质的问题解决了。其实,我们首先要明白,生命和智能的问题首先是定义的问题,自然界本身并不存在着一种严格的对生命和非生命的区分。因此,生命就是观察者区分出来的一类特殊现象。其次,既然生命的本质在于定义,那么我们就要看看我们怎样来定义生命和智能才显得更加合理。

首先,所有的生命都是由物质材料构成的系统,而这种系统之所以区别于桌子、椅子等死物,就是因为生命的整体本身具有一种很强烈的自我修复能力,你任意切掉一块肉,它就会自己长出来,但是桌子椅子就不能。按照我们的解释,这就体现为生命系统具有很强的形式因。

其次,仅仅具备了很强的形式因还不足以让我们把该系统称之为有智能的(或者说广义的有生命的)。我们看到一只活生生的小虫在地上自由的爬行,那是因为我们更倾向于认为在这个小虫的内部存在着一个属于它的自我,这个属于它的自我决定了他要做的一切动作。换句话说,也就是这个小虫子自我的目的是要奔东边的食物爬过去,所以它才会这样运动。因此,当我们观察者解释小虫子的这种运动行为的时候,不会傻到从动力因的角度来解释,因为那样做太麻烦了(你自然可以写下小虫每一个分子运动的微分方程,并求解,从而预测小虫下一时刻的位置!但是,这需要成千上万个方程和参数,没人会这么傻!)。在这个时候,你直接跳到背景去看问题就会变得更方便。于是,我们干脆就把智慧(广义的生命)定义为那些目的因起着主导因素的系统。

因此,总体来看,生命与非生命,智能与非智能无非都是观察者对事物进行区分的结果。这种区分恰恰就在于对事物存在以及运动的原因进行不同的解释。那些可以被形式因和目的因解释的系统就具备智能和生命。换句话说,世界本身不存在生命(智能),或者到处都是生命(智能),观察者为了解释事物因果联系的方便性,定义了生命(智能)与非生命(智能)。从此,我们再也不用寻求所谓生命的物质构成和新的物理法则,那根本就是无意义的。

观察者这样一种对智能系统和非智能系统的区分不要紧,它实际上创造出了另外一个观察者,我们称之为第二观察者!一旦智能系统具备了强烈的目的因,那么,该系统中也就存在了一个被我们称之为“自我”的机制。这个自我是什么呢?按照这一节最开始的说法,这个自我也就是观察者!因此,从我们第一观察者的区分中,就自然会衍生出来另外一个观察者的概念,因此,我们称这类具有智能的系统为第二观察者。

智能系统之所以能称之为观察者,是因为这类系统也具备观察——也就是对外界事物进行区分——的能力。所以,这一章所论述的一切内容都同样可以适合对第二观察者的描述。因此,按照这套逻辑,我定义了你,我还可以定义他。而同样的逻辑,一旦你被定义出来了,你也具备了观察、定义的能力,于是你又可以定义他!就这样,我们这个观察者宇宙就一下子人丁兴旺起来了!

7、媒介

然而,我们的故事并没有到此结束。当观察者世界出现了很多第二观察者的时候,这些观察者之间就会发生相互作用。我们把这些观察者之间的相互作用就叫做沟通(Communication)

沟通就需要在两个观察者区分出来的集合之间存在着重合的部分。这些重合的部分就被称为媒介。换句话说,媒介也就是使得两个观察者之间能够发生沟通的先决条件,也是观察者们的共识,或者也可以称作是观察者之间的公共协议。

当你和我都看到了一杯水,此时,这杯水也就成为了沟通你和我之间的公共媒介。因为这杯水是你和我共同感受到的东西,也是我们能够彼此沟通的前提。假如你号称具备通灵能力,能看到我背后站着一个鬼。但是我回过头去却怎样也看不到那个鬼,于是就这一点上我们沟通失败,这个鬼也就构不成我们的公共媒介。到此,想必你也看出来了,其实这个公共媒介也就是我们常说的那个客观世界

讨论到此,如果把客观世界理解为某种媒介,我们完全可以抛掉客观这个假说。比如,有一个外星人可以给你我洗脑,使得在我们头脑中都能存储一个杯子的模样,这样,即使这个杯子不存在,它也能够称为我们所说的共同媒介。因为我们两个能够就此杯子进行沟通。这也就解释了网络游戏世界里面的物体在媒介这个层面上是和真实世界等价的。再进一步说,其实所谓的真理也并不是必需的,只要有通信和共识,我们就完全可以创造真理

小结

总结一下,我这里要论述的关键就在于,第一观察者的观察其实是整个观察者宇宙的第一推动力。这个观察不仅“创造”(区分)了万事万物,而且区分了第二观察者,以及第二观察者所具备的观察能力。所以,是我把观察的能力(通过我的观察)赋予给了你,而你又会用同样的逻辑把你所具备的观察能力赋予给其他的事物!我们可以用下面这张图来表示我们这种观察者的逻辑并和传统的逻辑进行对比。

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图2-7 一张总图

在此图中左侧是我们熟悉的客观世界,万事万物根据客观的物理定律相互连接在一起。箭头的方向即我们熟悉的因果规律,按照标准的观点,物质决定意识,所以万事万物的物理构成决定了其他生物,甚至观察者的构成和行为,最后,这些人的行为会影响到我。因此可以说,外在世界是先于我存在的,是原因,而我是一个被这个外在世界创造的产物,而且是最终产物,也就是说一切因果链的箭头末尾是我。

图的右侧则是观察者理论体系所理解的世界,虚线箭头表示一种观察者的观察区分能力。首先我这个唯一实在的观察者界定了其他的观察者(第二观察者),其次我和第二观察者一起界定了万事万物。我们也可以把这个虚线箭头理解为目的因或者形式因。无论怎样,在这一侧,观察者我成为了整个世界的第一推动力。大家可以想一想最上面的那个太阳标记表示什么?

文献回顾

其实这种认识上的转变并不是我第一个提出来的。早在上个世纪的70年代,两位智利的生物学家:Maturana和Varela就基本上发现了这样一套新的哲学思想(参看《 生命系统的组织》一文)。80到90年代的社会学家Niklas Luhmann更是把他们两人的理论发挥得淋漓尽致。创造了一套被称为“社会学系统论”的理论体系。当然还有一批计算机科学家走到了前面,包括早期的二阶控制论自修改的程序自复制的机器等等。他们都或多或少地接近了这个理论的本质。这些人已经认识到,“自指”或者有些作者称之为反身性“Reflexivity”是复杂系统理论的内核。然而,很少有人指出,所谓的自指的真正作用在于把观察者给耦合进系统之中去。

但是,社会学家Luhmann也许走得更远些。在他的著作《Social Systems》中,观察者和观察这两个词汇已经频繁出现于各个章节中。但是,Luhmann到死也没有看到自己的理 论被更多的人接受。一方面是他的叙述本身晦涩难懂,另一方面,也是我认为的最重要原因,就是他没有找到一种合适的数理方法来把他所看到的东西“形式化”。以至于那些哲学上没有“悟到”他那个层次的人很难继承他的衣钵。不借助数理方法的哲学思想很容易在热力学第二定律的耗散作用下被扭曲、变形。

刚刚去世的我国系统科学家钱学森先生也多次指出,人们要研究的复杂系统必须是一个有人参与的、开放的系统,这种参与性恰是观察者理论的核心。虽然钱老精通控制论,但他也仍然没有找到一种可以形式化这种参与性和开放性的数理方法。

本篇文章所提出的观察者理论希望借助量子力学的数学框架尝试对观察者参与其中的开放性的复杂系统进行形式化描述。


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