Le Perfectionnisme (philosophique)
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une approche phénoménologique de la microphysique- Bachelard

ou comment parler du quantique sans le nommer

samedi 24 janvier 2015, par Pascal Duval

La valeur inductive de la relativité a été publiée en 1929. Le pluralisme cohérent de la chimie moderne est de 1932 et est contemporain du premier des articles rassemblés sous le nom d’Etudes et intitulé Noumène et microphysique [1]

Avec la physique quantique [2], Bachelard prend acte d’ « un bouleversement total des principes réalistes de la syntaxe de l’infiniment petit ».

Dans cette syntaxe, le substantif est désormais trop mal défini pour régner sur la phrase. Ce n’est donc plus la chose qui pourra nous instruire directement comme le proclamait la foi empirique. On n’augmentera pas la connaissance d’un objet ultra-microscopique en l’isolant. Isolé, un corpuscule devient un centre d’irradiation pour un phénomène plus gros. Pris dans son rôle physique, il est plutôt un moyen d’analyse qu’un objet pour la connaissance empirique. C’est un prétexte de pensée, ce n’est pas un monde à explorer. Inutile de pousser l’analyse jusqu’à isoler à tous les points de vue un objet unique, car il semble bien que dans le monde de la microphysique l’unique perde ses propriétés substantielles. Il n’y a alors de propriétés substantielles qu’au-dessus — non pas au-dessous — des objets microscopiques. La substance de l’infiniment petit est contemporaine de la relation.
 [3]

Et il poursuit ainsi :

dans le monde microphysique [4], rien de plus dangereux que d’y postuler la simplicité, l’indépendance des êtres, ou même leur unité. Il faut y inscrire de prime abord la Relation. Au commencement est la Relation, c’est pourquoi les mathématiques règnent sur le réel. 
 [5]

Cette idée d’une pré-existence de la Relation à ses termes (d’une « relativisation » généralisée des termes physiques) étaient déjà la conquête à mettre au titre d’une rationalité de la physique moderne, relativiste. [6]. En résumé, que nous disait en effet la valeur inductive de la relativité ? Les « lois » relativistes sont « vraies » « avant » d’être « réelles ». La pensée relativiste s’inscrit et donne sa traduction à ce progrès dans le constructivisme de l’objectivité (dans lequel les mathématiques jouent le plus grand rôle).

Dans ce sens le travail d’analyse sur ce qu’est la direction de la science moderne a déjà été effectué. Nous pourrions par conséquent nous interroger sur les enjeux particuliers de ce qu’il appelle, ici, microphysique  [7]

De toute cette analyse préalable, cette étude en porte effectivement les acquis mais elle accuse encore plus le trait du coté du statut de la théorie et prépare clairement le thème bachelardien par excellence d’une rupture épistémologique. Si cette étude est intéressante et nouvelle c’est que l’étonnement se porte sur un aspect au vif même de ce qui va former avec la théorie de la relativité d’Einstein l’autre pilier théorique de la physique la plus actuelle. Et cela à la faveur d’une remise en cause de la chose comme substrat de propriétés substantielles. Si Bachelard en appelle semblablement à une rationalité différente où primerait la Relation, ici il semble bien réclamer que ce soient les choses mêmes qui se caractérisent depuis un extérieur à construire, que leur objectivité se créée par un détour extérieur.

C’est tout le motif de ce qu’il appelle, ici, une nouménologie (et une nouvelle phénoménologie). La phrase importante à cet égard est :

Autrement dit, ce qui est hypothétique maintenant, c’est notre phénomène
 [8]

C’est la formule d’une "catégoricité" du phénomène qui ne convient plus car :

Nous ne pouvons avoir a priori aucune confiance en l’instruction que le donné immédiat prétend nous fournir. Ce n’est pas un juge, ni même un témoin ; un accusé et c’est un accusé qu’on convainc tôt ou tard de mensonge »
 [9]

De « Accusé » viendrait étymologiquement la « cause » (« causa » c’est la cause judiciaire en un premier sens). Ce que nous dit Bachelard, c’est qu’il y a un soupçon : le donné immédiat se déroberait à toute instruction. Comme si nous ne savions plus faire parler les données immédiates, leur faire avouer quelque chose comme « une cause ». "Accusé" s’entendrait lors aussi bien d’un prévenu (que l’on instruit) que d’un irréductible a-ccusé (« sans cause ») mais qui mettrait alors à mal le sens même d’une instruction ; non seulement son objectivité mais tout simplement sa légitimité.

N’y-a-t-il pas pire accusé que celui qui se considère « sans cause », qui refuse toute comparution au nom du préjugé « nomologique » ? C’est bien sûr Kant qui se trouve impliqué, ici, tout au bout d’une longue histoire du terme de catégorie [10], Kant et sa conception dite justement « nomologique » du phénomène selon laquelle le phénomène répond à des lois qui en dernière instance sont des lois que l’entendement se donne à lui-même. Instruire un phénomène pour Kant c’est lui faire porter une accusation à laquelle il doit répondre. Mais ce que signale Bachelard c’est qu’il n’y répond plus au niveau théorique. Est-ce à dire qu’il nous retournerait un délit de cause (comme il y a un délit de faciès) autrement plus grave, dans un déni de toute loi qui le situerait au-delà de toute accusation possible.

Un tel délit (déni) catégoriel est-il pensable ?

Pour Bachelard ce n’est pas la solution. Bachelard prend acte de la tentative à son époque de certaines « vacances de la causalité ». Mais cela ne le convainc pas. La solution bachelardienne et plus subtile Nous en avions déjà un aperçu lorsqu’il parlait de la destitution de « l’unique » de ses « propriétés substantielles » (tout semble se passer selon Bachelard entre la catégorie de l’unité et celle de la totalité, entre arithmétique et ordre.)

De toute évidence, le phénomène primitivement retenu ne peut plus être pris que comme l’instant particulier d’une méthode. On ne tardera pas à modifier la méthode et conséquemment le phénomène pour atteindre une suite féconde d’expériences. Quand donc la série trouvera-t-elle une véritable individualité ? C’est lorsqu’on l’aura constituée mathématiquement. C’est la formule mathématique qui lui donnera une forme ; c’est par le lien mathématique qu’on verra se coordonner en une unité les termes brouillés dans le phénomène immédiat. D’ailleurs, les liens mathématiques ne suivent nullement les ligatures qui pourraient apparaître dans l’observation première. Ils suivent la trace d’une coordination nouménale, ils font l’objet d’une pensée coordonnée avant d’être objet d’une vérification expérimentale.
 [11]

Ce à quoi Bachelard nous semble faire référence c’est typiquement un problème d’identification de séries dans un phénomène de raies spectrales comme celles de Balmer (de l’hydrogène en l’occurrence) si important dans la nouvelle spectroscopie. Mais Bachelard, pourtant, ne le nomme pas. De même il ne fait aucunement référence à Max Planck [12], ni à Erwin Schrödinger - 1926. Par contre il se réfère explicitement à l’effet Zeeman (1896) [13]. Incontestablement Bachelard pense à certaines avancées spectroscopiques mais sans les mentionner : comme si elles étaient encore trop "arithmologiques".

Quoiqu’il en soit des références implicites ou attendues de Bachelard, il ne s’agit pas de dire, avec lui, que les mathématiques sauvent Kant, mais au moins sauvent-elles l’idée d’une coordination nouménale  ; une idée à nouveau réaffirmée ici :

Mille finesses d’origine mathématique, encore qu’elles attendent leur justification expérimentale, s’imposent aux physiciens non pas par la séduction d’une nouveauté décousue, mais bien par leur coordination nouménale »
 [14]

C’est cette coordination nouménale que Bachelard entend mettre à la place de la conception « nomologique » du phénomène strictement kantienne, conception faisant système avec une « catégoricité » qui ne peut plus valoir. Bachelard écrit :

Devant les succès comment se défendre d’envisager un noumène sous le phénomène ?
 [15]

Donc retour tout de même de Kant mais par une autre porte ? En un sens oui sauf qu’il s’agit d’un noumène non pas métaphysique ni conventionnel, un noumène non-docile, un noumène-laboratoire – pas une postulation du tout mais une pensée fécondant la recherche.

Au fond de cette réflexion de Bachelard se trouve le rejet d’un « chosisme scientifique ». Inintéressantes (Bachelard prend comme exemple l’expérience réalisée Millikan - 1909) sont les expériences qui isolent les éléments (en l’occurrence ici l’électron dont il s’agissait de déterminer la charge) de ce qu’il appelle « la mathématique de l’atome ». Bachelard comprend qu’un modèle atomique, s’il a un intérêt doit être construit mathématiquement sur des valeurs, des états et non sur des parties supposées constituantes-indépendantes de l’atome. Ce qui est important par exemple dans ce modèle ce seront les propriétés liées des éléments. L’enjeu est nouménal – non-phénomènal.

Bachelard parle de propriétés nouménales prévalentes sur les propriétés phénoménales. Avec au besoin un ré-emploie des catégories mais au niveau nouménal – beaucoup plus « organique » ou risquerions-nous "intriqué". C’est une vue « par au-dessus ». [16]

Une fonctionnalisation d’un noumène va de paire avec l’idée que c’est l’usage des catégories qu’il faudra modifier, infléchir, c’est-à-dire mettre à l’étude. C’est ce que fait Bachelard lorsqu’il prend acte d’un tremblement entre les catégories d’unité et de la totalité (rappelons que c’est ainsi qu’il a commencé « il semble bien que dans le monde de la microphysique l’unique perde ses propriétés substantielles »)

Si l’on voulait caractériser philosophiquement ce rapport complexe de la catégorie d’unité à la catégorie de totalité, il faudrait peut-être dire que la métaphysique atomique envisage une interférence de la notion de nombre et de la notion d’ordre.
 [17]

,portant le trouble jusqu’à la catégorie de la causalité :

Comment un tel trouble dans l’identité et la répétition de l’être ne réagirait-il pas sur la causalité des objets ? Comment aurions-nous le droit de postuler la causalité uniforme des phénomènes pris pour unités si nous ne sommes même pas assurés de l’uniformité des unités dans leur rôle arithmétique ?
 [18]

Mais c’est justement pour Bachelard l’indice de nouvelle lois à trouver. La pensée mathématique est une pensée organique qui est marque d’objectivité.

Jugées sous cet angle, les révolutionnaires vacances de la causalité, proclamées par certains physiciens, paraîtraient peut-être plus organiques ; elles se légaliseraient puisqu’elle se généraliseraient. Le trouble causal de notre connaissance de l’atome serait de même métaphysiquement exprimable par une nouvelle interférence de l’être et du probable. On s’expliquerait alors bien des erreurs en se rendant compte qu’on a voulu additionner des probabilités comme des choses. La composition du probable est plus complexe ; elle peut fort bien être limitée par des règles d’exclusion. Là encore, il faut comprendre que la méthode de statistique n’est pas nécessairement indépendante de l’élément qu’elle organise.
 [19]

Que la nouvelle pensée quantique (et le trouble causal de la connaissance qu’elle vient provoquer) puisse s’exprimer, « dans une interférence de l’être et du probable », cela est pourrait-on dire le minimum interprétatif que Bachelard pouvait tirer des travaux qui ouvriront le champ de ce qu’on appelle depuis « mécanique quantique » (terme absent de son vocabulaire à cette époque [20]).

Nous ne dirions pas pourtant que le véritable intérêt de cette étude est ailleurs que dans son moment qui est un moment de transition. Cette étude se situe certainement à un moment charnière où les découvertes attendent une légalisation mathématique étendue d’une réelle organisation atomique. C’est ce moment scientifique qui créé ce moment philosophique. Bachelard y met en oeuvre une pensée épistémologique alerte qui essaie de tirer les lignes directrices de ce qui est précisément en train de s’élaborer sous l’oeil sévère d’un relativisme déterministe. Il trouve une formule pour ce champ qui se découvre : celui d’une « métaphysique positive » ou d’une « métatechnique d’une nature artificielle ».

Noumène et microphysique : ou comment, autrement dit, parler du quantique sans le nommer...

Non pas que Bachelard distingue clairement le gap entre les deux piliers de ce qui constitue notre science actuelle mais il le garde encore, pour un temps, en réserve. Mais dans cette réserve nous y sommes encore tant il est vrai que sous le nom de "contexture nouménale" Bachelard, soustrayant le noumène à l’analyse complète où il ne serait au bout du compte que la borne négative de notre expérience usuelle, ne fait que le restituer comme Norme.

Ainsi, dans les avenues métaphysiques où nous l’explorons, nous voyons le noumène refuser une analyse qui suivrait docilement les principes généraux de notre expérience usuelle. Le noumène n’est cependant pas tout entier dans ce refus ; la Physique mathématique, en nous faisant sentir la coordination nécessaire des notions nouménales, nous autorise à parler d’une structure du noumène. Le noumène est un centre de convergence des notions. Il nous faut le construire par un effort mathématique. La physique de l’atome nous donne alors l’occasion d’essayer quelques notions nouménales. En suivant les enseignements de la Physique mathématique, nous nous trouvons, sans doute pour la première fois, en présence d’une métaphysique qui est positive puisqu’elle s’expérimente. C’est la métatechnique d’une nature artificielle. La science atomique contemporaine est plus qu’une description de phénomènes, c’est une production de phénomènes. La Physique mathématique est plus qu’une pensée abstraite, c’est une pensée naturée.
 [21]

1885 Johann Balmer Découvrit que les quatre bandes visibles du spectre de l’hydrogène pouvaient être assignés à des entiers dans une série.

1888 Johannes Rydberg Modifia la formule de Balmer afin d’inclure d’autres séries de bandes afin de donner la formule de Rydberg.

1891 Alfred Werner Proposa une théorie de l’affinité et de la valence dans laquelle l’affinité est une force attractive issue du centre de l’atome agissant uniformément à partir de toutes les parties de la surface sphérique de l’atome central.

1892 Heinrich Hertz Montra que les rayons cathodiques pouvaient traverser de fines feuilles d’or et produire une luminosité appréciable sur du verre située entre elles.

1896 Henri Becquerel Découvrit la radioactivité, processus durant lequel, en raison de la désintégration nucléaire, certains éléments chimiques ou isotopes émettent spontanément un des trois types d’entités énergétiques : les particules alpha (charge positive), les particules bêta (charge négative), et les particules gamma (charge neutre).

1897 Joseph John Thomson Montra que les rayons cathodiques se courbaient sous l’influence conjuguée d’un champ électrique et d’un champ magnétique et afin de l’expliquer il suggéra que ces rayons cathodiques sont des particules électriques subatomiques chargées négativement ou « corpuscules » (électrons) arrachés de l’atome ; et en 1904, proposa le modèle de plum pudding dans lequel les atomes sont des masses amorphes positivement chargées (pudding) dans lesquelles des électrons négativement chargés (raisins) sont dispersés sous la forme d’anneaux tournants non aléatoires.

1900 Max Planck Suggéra, afin d’expliquer le rayonnement du corps noir, que l’énergie électromagnétique ne pouvait être émise que sous forme quantifiée, i.e. que l’énergie pouvait être seulement multiple d’une unité élémentaire E = hν, dans laquelle h est la constante de Planck et ν la fréquence de radiation.

1902 Gilbert N. Lewis Afin d’expliquer la règle de l’octet (1893), développa la théorie de l’atome cubique dans laquelle les électrons, sous formes de points, se positionnaient aux sommets d’un cube et suggéraient que les liaisons covalentes simples, doubles ou triples se produisaient lorsque deux atomes étaient maintenus ensemble par plusieurs paires d’électrons (une pour chaque liaison) localisées entre les deux atomes (1916).

1904 Richard Abegg Remarqua le fait que la différence entre la valence maximale positive, comme par exemple +6 pour H2SO4, et la valence maximale négative, comme par exemple -2 pour H2S, d’un élément tend à être huit (loi d’Abegg).

1905 Albert Einstein Afin d’expliquer l’effet photoélectrique (1839), i.e. que la lumière arrivant sur certains matériaux pouvait éjecter des électrons de celui-ci, postula à partir de l’hypothèse quantique de Planck que la lumière elle-même était constituée de particules individuelles quantiques (photons).

1907 Ernest Rutherford Afin de tester le modèle de plum pudding (1904), tira des particules alpha positivement chargées sur une feuille d’or et remarqua que certaines repartaient en arrière, montrant ainsi que les atomes possèdent un noyau atomique de petite taille et chargé positivement en leurs centres.

1913 Niels Bohr Afin d’expliquer la formule de Rydberg (1888), qui modélisait correctement le spectre d’émission lumineuse de l’atome d’hydrogène, supposa que les électrons négativement chargés tournaient autour d’un noyau positivement chargé à certaines distances quantifiées fixes et que chacune de ces « orbites sphériques » possédait une énergie associée telle que les mouvements électroniques entre les orbites nécessitent des émissions ou des absorptions quantifiées d’énergie.

1916 Arnold Sommerfeld Afin de prendre en compte l’effet Zeeman (1896), i.e. que les bandes spectrales d’absorption ou d’émission atomique changent lorsque la lumière est d’abord passée au travers d’un champ magnétique, suggéra qu’il put y avoir des « orbitales elliptiques » dans les atomes en plus des orbitales sphériques.

1919 Irving Langmuir Se basant sur le travail de Lewis (1916), proposa le terme de « covalence » et postula que la formation d’une liaison covalente de coordination lorsque les électrons d’une paire proviennent du même atome.

1922 Stern et Gerlach Proposèrent l’expérience de Stern et Gerlach, durant laquelle les valeurs discrètes de moments angulaires pour des atomes à l’état fondamental sont détectées par passage dans un champ magnétique inhomogène, conduisant à la découverte du spin de l’électron.

1923 Louis de Broglie Postula que les électrons en mouvement sont associés avec des ondes dont les longueurs d’ondes sont données par la constante de Planck h divisée par la quantité de mouvement mv = p de l’électron : λ = h / mv = h / p.

1925 Friedrich Hund Mit en lumière la règle de multiplicité maximale qui indique que lorsque les électrons sont ajoutés successivement à un atome, les niveaux ou orbitales sont occupées par un électron seul tant que c’est possible avant que appariement d’électrons avec spins opposés et fait ainsi la distinction entre les électrons internes dans les molécules restant dans les orbitales atomiques et les électrons de valence se plaçant dans les orbitales moléculaires impliquant les deux noyaux.

1925 Wolfgang Pauli Formula le principe d’exclusion stipulant que deux fermions identiques ne peuvent occuper le même état quantique simultanément.

1926 Erwin Schrödinger Utilisa le postulat d’équivalence onde-matière de de Broglie pour développer une équation d’onde représentant mathématiquement la distribution d’une charge d’un électron sur l’espace, symétrique sphériquement ou proéminente selon certaines directions, i.e. les liaisons de valence dirigées, donnant les valeurs corrects pour les bandes spectrales de l’atome d’hydrogène.

1927 Walter Heitler Utilisa l’équation de Schrödinger pour montrer comment les fonctions d’ondes de deux atomes d’hydrogène se rejoignaient, avec des termes plus, moins et d’échange, pour former une liaison covalente.

1927 Robert Mulliken Travailla à développer, avec Hund, une théorie de l’orbitale moléculaire dans laquelle les électrons étaient assignés à des états s´étendant sur une molécule dans son ensemble et en 1932 introduisit les terminologies d’orbitales moléculaires, comme liaison σ, liaison π, et liaison δ.

1928 Linus Pauling Éclaira la nature de la liaison chimique pour laquelle il utilisa le modèle de liaison covalente quantique de Heitler pour montrer la base quantique de tous les types de structures moléculaires et de liaisons et suggéra que les différents types de liaisons dans les molécules pourraient être égalisées par une permutation rapide des électrons, processus appelé résonance (1931), de tels hybrides de résonance contenant des contributions des différentes configurations électroniques possibles.

1929 John Lennard-Jones Introduisit l’approximation de la combinaison linéaire d’orbitales atomiques pour le calcul des orbitales moléculaires.

1932 Werner Heisenberg Appliqua la théorie des perturbations au problème à deux électrons et montra que la résonance provenant de l’échange électronique pouvait expliquer les forces d’échange.

1938 Charles Coulson Fit le premier calcul précis d’une fonction d’onde d’orbitale moléculaire avec le dihydrogène.

Voir en ligne : NOUMÈNE ET MICROPHYSIQUE

Notes

[1] PARIS LIBRAIRIE PHILOSOPHIQUE J. VRIN 1970 avec une présentation de Georges CANGUILHEM

[2] Doit-on dire « physique quantique » en précisant « avant la lettre » ? Ce ne serait pas tout à fait exact. L’expression « physique quantique » fut employée pour la première fois dans Planck’s Universe in Light of Modern Physics de Johnston (1931) donc au même moment que la rédaction de cet article mais il ne semble pas que Bachelard en ait eu connaissance (et s’il s’avérait qu’il en avait connaissance il faudrait savoir pourquoi justement il n’utilise pas ce terme). Quant à une « physique des particules » (qui devra son développement à la mécanique quantique), il faut en situer l’explosion entre les années 50 – 60 et ce ne peut être à cela que pense Bachelard dans les années 30. Aussi Bachelard parle-t-il de microphysique.

[3] p 15

[4] Bachelard parle de monde microphysique– son approche est phénoménologique.

[5] p 19

[6] « moderne » veut dire « contemporain » pour Bachelard cf. p22 : « Ainsi le monde caché dont nous parle le physicien contemporain est d’essence mathématique. ».C’est un contre-pied à toute épistémologie qui verrait le moment mathématique vraiment fécond de la physique dans ces commencements. Bachelard déplace le curseur de la modernité. Galilée – Newton peuvent avoir inventé un style physique mais c’est la Physique moderne (c’est-à-dire relativiste du début du 20eme siècle + cette microphysique) qui parachève le programme d’une Physique réellement mathématique.

[7] Notons au passage qu’ il avait déjà commencé à aborder ce champ, notamment lorsqu’il envisageait en une intuition remarquable la possibilité d’une géométrie non-archimédienne aux échelles atomiques. Mais cette intuition n’est pas prolongée dans cette étude.

[8] p15 - Allusion à Vaihinger et sa « philosophie du comme si » dans le fil d’un héritage kantien qui a influencé la vision de la science où comme le dit Bachelard « les objets seraient toujours réels tandis que ce seraient leurs liaisons qui seraient hypothétiques »

[9] p 15-16

[10] la catégorie c’est la katêgoria grecque dont on ne s’étonnera pas qu’il vient de « accusation ». A l’origine, c’est en effet l’ accusation portée devant quelqu’un, devant le peuple

[11] p 16

[12] Max Planck suggéra en 1900, afin d’expliquer le rayonnement du corps noir, que l’énergie électromagnétique ne pouvait être émise que sous forme quantifiée, i.e. que l’énergie pouvait être seulement multiple d’une unité élémentaire E = hν, dans laquelle h est la constante de Planck et ν la fréquence de radiation - c’est l’origine de la notion de quantum d’action

[13] l’effet Zeeman a pour origine la subdivision des niveaux d’énergie des atomes ou des molécules plongés dans un champ magnétique. Selon les conditions, les raies spectrales se divisent en un nombre impair de composantes ou bien en un nombre pair. Cet intérêt d’une physique par les effets est sans doute un indice de cette option nouménologique bachelardienne

[14] p16

[15] P19

[16] Et de fait dans la physique quantique, on parlera d’états quantiques (intervenant dans la fonction d’onde), états qui sont autant de propriétés phénoménales (comme l’énergie cinétique) si on tient encore à ce terme de l’ « ancienne » physique. Cet enrôlement des propriétés anciennement phénoménales, il nous semble que Bachelard le comprend.

[17] p22

[18] p22

[19] p22

[20] ..alors que c’est pourtant en 1926 que Erwin Schrödinger utilisant le postulat d’équivalence onde-matière de de Broglie avait développé la fameuse équation d’onde représentant mathématiquement la distribution d’une charge d’un électron sur l’espace.

[21] p23 -Réflexions qui forment la matrice de ce qui sera affirmé dans le nouvel esprit scientifique - 1934. cf. "Le réel qui lui correspond n’est pas rejeté dans le domaine de la chose en soi inconnaissable. Il a une tout autre richesse nouménale. Alors que la chose en soi est un noumène par exclusion des valeurs phénoménales, il nous semble bien que le réel scientifique est fait d’une contexture nouménale propre à indiquer les axes de l’expérimentation" (Nouvel esprit scientifique, introduction, (section) 1, PUF p. 9). Ou encore : "Entre le phénomène scientifique et le noumène scientifique, il ne s’agit donc plus d’une dialectique lointaine et oisive, mais d’un mouvement alternatif qui, après quelques rectifications des projets, tend toujours à une réalisation effective du noumène. La véritable phénoménologie scientifique est donc bien essentiellement une phénoménotechnique" (id., p. 17)

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