评陈绍光的量子旋进论基本原理
----21世纪弦学宇宙的统一规范之路
王德奎(四川省绵阳日报社)
【摘要】如果把陈绍光教授类似两个桶之间能形成螺旋环流上升的量子旋进论,看成泰勒桶类似的图像,能使我们更准确、精细地来全面研究弦论与基本粒子及其超伴子、暗物质、暗能量等的统一规范之路。
【关键词】量子旋进论 泰勒桶 里奇张量 里奇辐射
四川科技出版社2004年出版的陈绍光教授的《引力起源与引力红移》一书,有一个重要的观点,叫做“量子旋进论”。在这之前的2002年,四川科技出版社也曾出版过我们的《三旋理论初探》一书,内容属于圈量子三旋论的数学及其应用。但我们知道陈绍光及其量子旋进论,已是在2011年末的“季灏-陈绍光问题”讨论,因陈绍光教授指责季灏先生是把“相对论与牛顿力学能混合应用”。由于这涉及彭罗斯和佩雷尔曼的里奇张量与里奇流的研究,才引起我们的注意。
一、陈绍光的"非点"及“动与静”思想
网名“qapin”的先生说,量子旋进论是用“非点模型”首先取得了实质性研究成果的论文。原稿完成于1964年6月10日,与夸克模型和弦模型产生于同一年代。该文1978年在清华大学公开报告后,受到了中央领导重视并指示刘达校长支持该项研究。此后,被从江西宜春计量所调入江西省科学院,并在清华大学、江西省科委和江西省科学院三方合作支持下,长驻清华大学专心研究了12年。由该论文发展出来的研究成果,发表了几十篇论文和两部专著。
据报道,陈绍光1936年出生于江西宜春,1959年毕业于北京大学物理系,一直致力于理论物理和实验物理的研究工作。1978年他提出两项重大的物理课题,引起了邓小平同志的高度关注,并指示相关单位给予充分的支持。自此,陈绍光调入江西省科学院并派往清华大学物理系从事理论物理与实验物理的研究工作。他在清华大学约12年,除完成国家自然科学基金多项课题之外,潜心从事理论物理的探索,获得许多重大的突破。1997年,陈绍光退休来到深圳,在深圳市民营企业家的帮助下,仍然活跃在科技第一线。
报道说,陈绍光思维活跃而严谨,理论造诣深厚,而且实际的设计和动手能力很强。2003年,陈绍光将多年的研究成果整理成一部科学论著《引力起源与引力红移——谁引爆了宇宙》,此书是陈绍光20年来研究成果的精华,除公开发表过的引力屏蔽效应外,其余都是首次公开面世,许多命题都有突破性的进展,其深远的影响难以评价。
《引力起源与引力红移》有哪些重大突破呢?据介绍陈绍光是从量子场论出发,深入阐明了真空极化机制,得出一个新的引力公式。这是一个新的引力定律,它是牛顿万有引力定律和广义相对论的重大完善和发展。牛顿万有引力定律不能解释的问题,新的引力公式都可以作出解释。用这个公式解决了许多以前的理论和实验不相洽的重大物理问题。例如:引力屏蔽效应,地球重力场的量子效应。有专家认为,这本书无论从广泛性来讲,还是从深刻性、深远性来讲,都是新中国成立以来所罕见。2004年3月12日下午陈绍光在深圳大学举行的“引力理论的研究”学术报告会,是他的新引力定律是在深圳完成并属国内首次公之于世。
1、qapin说,1964年陈绍光领先弦模型和夸克模型的《量子旋进论》,是说以弦论和夸克为坐标,即是以相近的认识发表思想。但量子旋进论,只是与“非点”的思想接近。
如果只是这一点,层子论也是非点论。从夸克到弦论,“非点”的发展是量子圈环和量子球体在竞争。弦论的发展是超弦,即开弦和闭弦兼备。夸克从量子色动编码看,基础也是量子圈环的自旋,而不是量子球体的自旋,才具有多色粒子态。所以最后归结到圈量子引力理论,是“非点”之争的指向。正是在这一研究上,我国的“三旋理论”在1959年创立,也领先弦模型和夸克模型。改革开放后,三旋理论1983年开始在铅印刊物发表论文,到2007年已经出版《三旋理论初探》和《求衡论---庞加莱猜想应用》等5部专著和100多篇论文。量子旋进论和圈量子三旋论是相争?还是相反相成、相辅相成?我们认为,国内还是和谐的好。
1)qapin的回答是:“说的不错。参考的坐标,只能用国际的主流理论‘夸克模型’和‘弦模型’;要竞争,也只能跟主流理论竞争。因为三旋理论和陈老师的量子旋进论,目前都是无人问津的东西,要成为国际主流理论至少还需要一百年。这也是陈老师不急于发表《量子旋进论》的原因”。qapin说:“三旋理论和陈老师的量子旋进论当时都未能发表,让‘夸克模型’和‘弦模型’己经風行世界。我国理论物理所李淼和许多高校的理论物理研究者,尤其是年轻一代都成了‘弦模型’的追随者。想要改变,就不仅是学术问题,更涉及到实际利益,决不是一两代人能实现的。陈老师与三旋理论没有任何要相争的东西,他也没有与‘夸克模型’和‘弦模型’竞争的兴趣。他现在发表,是留待22世纪或23世纪的人查阅的。他相信到那时,《量子旋进论》肯定会流行的。让后几代人客观地评价去吧!”
2)有网名“不对不对又错了”的先生指出, 2004年4月29日 ,陈绍光在北京大学作学术报告公布他的第三预言说:“今年4月20日发射升空的美国引力探测器B,将探测不到广义相对论预言的时空扭曲。即探测器B中的四个镀铌的石英超导陀螺的转轴,不会因地球的自转而改变相对方位”。当年6月10日,陈绍光应深圳市科协和深圳大学邀请,在深圳大学再次作学术报告时,重申了上述预言。这是他论证大爆炸论与广义相对论直接相矛盾,揭露引力红移实验结果造假。但到2011年底,陈绍光不再提他在2004年的大胆预言了。因为实验结果支持了广义相对论。陈绍光的第三预言失败,原因非常简单,陈绍光历来反对相对论,他越想推翻相对论,而相对论却一再被实验证实。
3)对此,我们认为,应该对陈绍光老师的预言持宽容态度。我们对陈绍光教授是尊敬的。我们认同,三旋理论和陈老师的理论目前都是无人问津的东西,要成为国际主流理论至少还需要一百年;要竞争只能跟主流理论竞争。但我们也许与陈绍光教授及其学生的理解不同,即不是一定要打垮夸克论、弦论、相对论、大爆炸宇宙论,才是竞争,才是跟国际主流竞争。因为虽然夸克论、弦论、相对论、大爆炸宇宙论已经成为主流,但是在它们开辟的航道的前头,仍有大片的光明,如量子色动能源、色动化学、色动几何等应用,这就是三旋理论在夸克论、弦论后来居上后,仍在前行的动力。但以上有人说,我国科学家陈绍光的第三预言:引力探测器B是负结果,被证实失败。原因是陈绍光历来反对相对论,想作爱因斯坦第二。
我们问道:如果现在出版的陈绍光教授1964年的老论文《量子旋进论》,是一篇与夸克模型和弦理论模型同年代提出的,却首先取得了实质性的研究成果,得出了众多与实验相符合的预言,是他因为反对相对论、大爆炸宇宙论、夸克论、弦论(1964年前后,当时的弦论称靴袢理论),是否与当时国内潮流需要合拍,才受到上层重视,得以给予研究条件的吗?
4)qapin先生很生气地说,他说的是陈绍光1978年在清华大学公开报告后,而不是1964年就开始受到上层重视。他要求:还是将弦论和三旋理论的一个可以实验检验的成果拿出来!他说,因为学术之争应该是争解释更多实验事实,这才是正途!其他的歪门邪道,他们见多了! 说什么“第三预言失败了”,为何不拿出证据来反驳他们的《GP-B 任务失败的原因经陈绍光分析是超导磁屏蔽的漏洞》?
2、大连的“理论思维”张志强先生说,他赞同陈绍光教授的这类观点:“自洽的理论体系不一定完全经得起实验检验,在被实验证实、尤其是证伪的过程中,理论体系不断地改进和发展,从牛顿力学发展到相对论力学和量子力学。理论体系的重大发展总是伴随着物理学时空定义的改进,我们拭目以待新的时空定义出现在中国。”那么陈绍光的量子旋进论的基本思想与运动方程到底是些什么呢?张志强为什么赞同陈绍光的观点呢?
1)张志强说:“时空者,工具也”。陈绍光、汪斌、陈其良的文章《物理学的时空是描述物质运动的工具》,意在平息“绝对时空”与“相对时空”长期无聊的争论,希望人们不要把等效于动量能量变化的“时空收缩”、“时空弯曲”等虚幻的人为概念,当作真实的物理事件来讨论。
2)陈绍光、汪斌、陈其良的文章内容是什么呢?《物理学的时空是描述物质运动的工具》指出:古代流传下来的朴素的观点,空间是指盛装万物的容器,时间是指物质运动变化的顺序。数学空间正是这种朴素的、抽象的、不需要操作定义和计量单位的定性时空。物理学的时空,是定义了时间单位和长度单位的可用于计量的各种的坐标系,是用来测量物理量並通过研究各种物理量之间的关系来发现物质运动规律的,其显著的特征是可操作性和定义性。从定义的人为性和多样性可见:光速无限大的伽利略绝对时空t|r|m和光速有限恒定的闵可夫斯基平直时空(t r)|m以及爱因斯坦的弯曲时空(t r m )等都只是一种工具。
但是,人们在运用具体的物理学时空研究物质的运动规律时,头脑中同时还保留着抽象的数学的时空,并往往把物理学时空与数学和哲学时空混同起来。人类过去很长时间一直以为在不连续的可见物体之间,是什么也没有的空间。当发现空间中有空气后,又认为抽掉空气后的真空是什么也没有的空间。当发现宇宙背景辐射,知道真空並不是空无一物之后,又认为微观粒子的电子与原子核之间总应该是空的。经典场论和量子场论的发展,特别是真空涨落效应也被观测到了之后,才知道粒子之间填有並充满着各种连续的场。但习惯上还是认为连续的场,也是在空间中运动的。一个令人深思的问题是,既然分离的实物之间充满着各种连续的场,实物与场的存在和运动是物质的本性,它並不需要物质之外的腔体(作为容器的客观时空)来装载它,或者说,没有客观时空这个容器,物质照样在运动着。无客观的时空隔在时空定义与动力学方程之间,时空定义与方程直接地融合成一体后,才能与客观世界建立联系而被实验检验。
例如光行差观测法只有结合牛顿动力学求出的地球运动轨道,才能间接地证伪单程光速无限大的假定。物质的运动是实物与场的混合运动以及力学与电磁学的综合运动,而且光速内含在时空定义中,使得可被实验检验的力学与电磁学的动力学方程必需用同一个时空定义的坐标系。对理论体系的起码要求是内部自洽。在被实验证实、尤其是证伪的过程中,理论体系不断地改进和发展,从牛顿力学发展到相对论力学和量子力学。
3)我们说,陈绍光等人的文章有一个问题,就是实物与场的存在和运动不需要物质之外的腔体来装载,但并不是它们之间不存在、不需要界面。时空的定义,有一个叫“点外空间”与“点内空间”的界面认知。从数学到进化数学,称为“实数”与“复数”;从物理到射影物理,称为“光速”与“超光速”;从生命体到无机物,称为“生”与“死”。我们称为“大量子论”。这也是我们与张志强先生的“理论思维”的分野。张志强先生说三旋理论没有数学描述。其实,约70万字的《三旋理论初探》一书,前面一开始约30万字都是现代数学的描述。
当然张志强也不全赞同陈绍光等人的文章。张志强说:“陈绍光等人对时空的物理学认识是不全面的”。因为时空不仅是描述物质运动的物理学工具,而且也是客观存在或物理实在。即张志强的理论思维比陈绍光等人更保守地坚守“实数”。他正是从“实数”的数据作为物理概念的深化入手,以物理实在的“实数”时空结构为基础概念,考察时空的基本物理属性,尤其对时空的物理“实数”实在性,时空“实数”物理实在与其它诸物理实在的“实数”量化物理关系,完备时空宇宙起源和演化之“实数”物理实在,进行全面的物理学和宇宙学考察并认识时空和宇宙的。当然这是张先生的认知自由,我们尊重他的选择;但他以此作文字“暴力”,是不能赞成的。
3、我们认为,陈绍光教授的量子旋进论的基本思想与运动方程有很大的发展空间。
1)陈绍光认为,物理学研究的物质最基本的运动形态及其规律,可以把物质分为具有静止质量的实物和不具有静止质量的场两大类。这与复活两千多年前年近65岁的古希腊杰出思想家巴门尼德与年轻的苏格拉底发生的最为惊人的智力冲突争论的焦点相似:思维与存在、物质与真空存不存在界面?巴门尼德认为:如果不存在界面,即物质世界是整体式的,现实是一个没有变化的统一体,那么运动尤其是不可能的。言下之意,巴门尼德赞成常识内的事物是有界面的。但反对的人很多。芝诺为支持他的老师巴门尼德,设计了几个强有力的混淆常识领域里的运动与界面的悖论参加辩论,希腊神话中的飞毛腿阿基里斯追不上龟的悖论就是其中之一。
2)芝诺是这样论证的:在赛跑的时候,跑得最快的永远追不上跑得最慢的,因为追者首先必须达到被追者的出发点,这样,那个跑得慢的必定总是领先一段路。这里芝诺故意留下陷阱:不提无穷小的差距能否合成一段有限的距离,让人往里跳;而把真实的意图即思维与存在、物质与真空存在界面隐藏起来。
两千多年以来,芝诺悖论诱发了无数场直接的论战,众多试图驳斥芝诺的数学家和哲学家无一不掉进他的陷阱:即认为是解决运动从本质上说是不可能发生的问题,而停留在对无穷小的距离或时间作求和极限的数学分析上。但意犹未尽的人却认为,这种数学分析还不完备。因为芝诺悖论的关键是思维与存在、物质与真空存在界面,而不是运动的本质是不可能发生或不能结束。因为在宏观世界上任何一个有理智的正常人,即使连算术也不懂,也熟悉运动的发生与停止,跑得最快的人一定能追上跑得最慢的龟,难道有高深智慧的巴门尼德和芝诺不明白?
3)但陈绍光认为,不管是实物的运动还是场的运动,都是最为直接地与时间-空间相联系,它们不可能脱离时-空。另一方面,时-空是物质存在的一种形式,时-空不可能脱离物质运动而抽象地存在。根据物质与时-空的不可分割性原理,引进五维的时-空-旋来描述物质的基本运动形态的规律。用时间这一维反映过程的前后连续性,用三维空间反映物质运动的伸张性,用第五维旋间反映物质的基本存在形态的特性,得出:反映物质存在特性的旋间,与反映物质运动特性的时间-空间是不可分割的,组成统一的五维的时间-空间-旋间。这就是量子旋进论的基本原理。
4、陈绍光的具体分析是,对于物质最基本的运动形式来说,运动的源泉是波-粒二重性矛盾的斗争。用周期-波长所组成的四维矢量来反映波动性的强度,周期愈长则表明过程的时间延展性愈明显,波长愈长则表明空间的伸张性愈显著。而描述一个波动的特性,除了用周期和波长之外,还要用振幅。在四维时-空中振幅愈大也反映客体的空间的伸张性愈明显。当采用五维的时-空-旋,波动性的强度可用五维矢量周期-波长-旋幅:ζ = ( ζ 0, ζ 1, ζ 2, ζ 3, ζ 4 ) = ( i c τ, λ x, λ y, λ z, ξ ) = ( i c τ, λ, ξ )来度量。
式中τ为周期,c为普适常数,后面将证明它就等于真空中的光速。λ x, λ y, λ z为波长矢量 λ 的空间三分量,ξ 为旋幅。五维矢量中时间分量用下标0标志,五维矢量中第五维旋间分量用下标4标志。五维空间的位置矢量则用: ρ = ( ρ 0 , ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4 ) = ( i c t, x, y, z, ρ) = ( i c t, r, ρ)来表示。式中t表示时间,ρ 1 = x,ρ 2 = y,ρ 3 = z为矢径r的三个分量,ρ 代表旋径,即第五维旋间的曲率半径。
1)客体粒子性的强度是用能量-动量组成的四维矢量来度量。能量愈大表示客体在时间方向的物质收缩性愈明显,动量愈大表示客体物质的空间聚集性愈显著。而为了描述一个客体的粒子特性,除了用能量和动量之外,还要用自旋量、电荷量和静止质量等物理量。在五维的时-空-旋中,它们是用第五维旋间的旋量来表示:旋量的左、右方向性,反映电荷的正负性;旋量绝对值大小,反映静止质量的大小;旋间与空间的不可分割的联系,反映自旋角动量。在四维时-空中,客体的静止质量或电荷量愈大,则其物质聚集的粒子性愈强。在五维的时-空-旋中,旋量愈大表示基本形态的物质集中于客体中愈多----客体的粒子性愈强。因此,在五维空间中可以用五维能量-动量-旋量矢量来度量客体粒子性的强度。五维能量-动量-旋量矢量写成:
P = ( P 0, P 1, P 2, P 3, P 4 ) = ( i E / c, P x, P y, P z, P 4 ) = ( i E / c, P, µ c)
式中E代表能量,P代表三维动量,µ c代表旋量。波粒二重性矛盾的对立统一律在量子力学和量子场论中,是用时间-坐标与能量-动量的对易关系 : [q i p j ] = k δ i j = i ћ {i = j};
[q i p j ] = 0 {i≠j}, [q i q j ] = 0, [p i p j ] = 0 {i , j = 0, 1, 2, 3 }
来反映。式中 ћ = h / 2 π,h为普朗克常数。但量子力学中使用算符表示力学量,使得物理意义不清晰。回到德布罗意最初的思想,即采用如下的关系表示波粒二重性的对立统一律:
τ = − k / E, λ x = k / P x, λ y = k / P y, λ z = k / P z
把这一思想推广到第五维则还有:ξ = k / P 4 = k / µ c = i ћ / µ c ,即五维德布罗意波长:
ζ = (i c τ, λ x, λ y, λ z, ξ) = (− i c k/E, k/P x, k/P y, k/P z, k/µ c)
四维对易关系 [q i p j] = k δ i j推广为五维矢量公式的形式: ρ = k / P = i ћ / P ,即
( ρ 0, ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4 ) = ( k / P 0, k / P 1, k / P 2, k / P 3, k / P 4 ),
或 ρ P = k 1 1= i ћ 1 1,而对易关系 [q i q j] = 0, [p i p j] = 0 {i, j = 0, 1, 2, 3}
推广到五维则为: ρ ρ = 0 ,P P = 0 {i, j = 0, 1, 2, 3, 4},而
P • P = (i E/c) 2 + P• P + (µ c) 2 = − (E / c) 2 + P 2 + (µ c) 2 = 0
理解的旋量绝对值的平方 µ 2 就是静止质量的平方m 0 2,则P • P = 0正是熟知的相对论力学的结果。而 ζ • ζ = ( i c τ) 2 + λ • λ + ξ 2 = − c 2 τ 2 + λ 2 + ξ 2 = 0,对于真空中的光来说,以后将证明其左右旋量相抵消使 ξ = 0 ,此时波速v = λ / τ = c,这正是熟知的爱因斯坦光速不变原理。
2)根据“物质不生不灭,只能由一种存在形态转化为另一种存在形态;以及运动的不生不灭,只能由一种运动形式转化为另一种运动形式”这一基本原理,全宇宙的物质量(旋量)之和,以及运动量(能量-动量)之和,应该是守恒的。另外,用五维能量-动量-旋量矢量P来量度,波-粒二重性矛盾的一方----粒子性的强度,而粒子性,乃是吸引的聚集性,那么,宇宙中能量-动量-旋量矢量之总和的守恒,正表明作为物质运动源泉的波-粒二重性矛盾对立面的一方----吸引性或聚集性,是全宇宙的守恒量。
当然,由普遍的对立统一关系,全宇宙中的波动性----排斥的离散性之和也应该是守恒量。这必须注意,全宇宙的物质是无限的,运动是无始无终的,从广与深的角度来看物质运动都是不可穷尽的。因此全宇宙的五维动量之和∑P是一个无穷大的守恒量。不过具体的问题中,总是考虑宇宙物质的有限部分,且经常把与外界交换的五维动量可忽略不计的一部分的宇宙物质近似地看成是与外界无关的孤立的封闭系统。对于封闭系统,既然它与外界发生的动量-能量-旋量(电量与质量)等的交换可忽略,因此其五维动量之和也是守恒量,且这一守恒量是有限的常矢量。
即 ∑P = P 0,这正是封闭系统中能量守恒、动量守恒、自旋角动量守恒、电荷守恒和质量守恒等定律。而这些定律在现有的科学实验中,从未发现过有与之相违背的事实,即它们确实是自然界的普遍规律。我们将其提高成为量子旋进论的基本原理之一。
3)虽然物质运动形式是多种多样的和经常地相互转化着,但不管怎样转化,全宇宙的五维动量P之和是守恒的,这也正是物质统一性的表现之一。由于内在矛盾对立面的斗争是事物运动的源泉,使事物运动、发展、变化的外部形式遵从否定之否定律,即事物的运动总是采取螺线形上升、波浪式前进的方式。自然,由波-粒二重性矛盾的斗争,导致的基本形式的物质运动也不例外,其运动的外部表现方式也应该是螺线形上升、波浪式前进的。
李政道-杨振宁在1956年发现了在弱相互作用下宇称不守恒的事实,从而在1957年提出二分量中微子理论,得出中微子运动的自旋与动量总是平行的,即采取螺线形上升的方式。太阳系的运动也是类似的,如地球在随着太阳系一起平动的同时,又绕太阳公转,其运动空间轨道也是螺线形状。具体来说,我们就以纵向极化的旋进中微子模型,作为物质基本运动形式最原始的模型,物质的统一性也就表现在组成一切物质的原始的旋进量子模型的统一上。
4)既然认为最原始的物质运动形式,是采取旋进方式的,那么,在五维的时-空-旋中,就以旋间量描述旋动特性,普通空间的三分量描述进动(平动)的特性。旋间量与空间量的不可分割性,表现在原始形态物质的自旋(旋动)与动量(平动)的相互平行性上,并使旋间与空间组成统一的不可分割的四维空间。不管是旋动还是平动都不能脱离时间而进行,即与时间不可分割,因此四维的空间-旋间与时间又组成统一的不可分割的五维空间或五维的时间-空间-旋间。物质运动最原始形式分为左旋进量子和右旋进量子两种基础的形式,也反映在左旋的中微子与右旋的反中微子之分上。总之它由下述四个原理所组成。
(a)反映物质的基本存在形态的旋间与时间-空间组成统一的不可分割的时间-空间-旋间,五维空间的位置矢量为: ρ = ( ρ 0, ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4 ) = ( i c t, x, y, z, ρ) = ( i c t, r, ρ)
(b)波-粒二重性矛盾的斗争是基本形态物质运动的源泉。客体波动性的强度以 ζ = ( i c τ, λ, ξ ) 五维波长量度,粒子性的强度以P = ( i E / c, P, µ c )五维动量度量,波-粒二重性矛盾的对立统一律以 ζ 和 P 满足的如下关系表示:
ζ = k / P = i ћ / P , ζ ζ = 0 ,P P = 0 (1-1)
(c)全宇宙的波-粒二重性矛盾对立面各自的量的总和是守恒的。特别是对于宇宙中的任一孤立系统或封闭系统,其粒子性(或波动性)强度的总和也是一个守恒量。即:
∑P = P 0 (1-2)
(d)基本形态的物质运动也遵从否定之否定律,即采取螺旋形上升的旋进方式。基本形态的物质更具有统一性,它们都是由原始的左、右旋进量子所组成的。方程(1-1)、(1-2)就是量子旋进论的运动方程。采用这四个基本原理,可以把作为物质基本运动形态的实物与场、电磁场与引力场、电荷、自旋、静止质量等予以统一描述。从运动方程(1-1)、(1-2)出发可以推导出物理学中现有的量子力学、相对论量子力学和量子场论以及经典物理的基本方程,如Dirac方程、Klein-Godon方程、达兰贝尔方程式、Maxwell方程、Lorentz力的公式、牛顿运动定律和万有引力定律等,也可以将强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用与引力相互作用都归纳成为旋进相互作用机制,而且可以解决微观的基本粒子静质量分布、基本粒子反常磁矩根源、核力、核结构、和宏观的基本地磁、地电场起源、太阳系起源等已有理论未能解决的问题。
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