Verständnisfrage zur Lichtgeschwindigkeit

boman

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Hallo Zusammen!
Ich habe mich, glaube ich, durch eine Diskussion über die "Absolutheit" der LG aufs Glatteis führen lassen. Vielleicht kann mir Jemand bei meiner Frage weiterhelfen!

Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?


Danke schon mal:D
Boman
 

ralfkannenberg

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boman schrieb:
Hallo Zusammen!
Ich habe mich, glaube ich, durch eine Diskussion über die "Absolutheit" der LG aufs Glatteis führen lassen. Vielleicht kann mir Jemand bei meiner Frage weiterhelfen!

Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?
Hallo Boman

Szenario 1:
Nehmen wir an, Du siehst 2 Personen einen Ball mit 20 km/h hin- und herwerfen und zufällig fährst Du mit Deinem Fahrrad ebenfalls 20 km/h so, dass der Ball gerade auf Deiner Höhe fliegt, also aus Deiner Sicht die Geschwindigkeit 0 hat. - Das ist ja der klassische Fall. Und wenn Du in Gegenwurfrichtung fährst, so würdest Du eine Ballgeschwindigkeit von 40 km/h messen.

Szenario 2:
Nehmen wir nun an, Du würdest mit Deinem Fahrrad nach wie vor eine Ballgeschwindigkeit von 20 km/h messen, völlig unabhängig, ob Du neben dem Ball in Wurfrichtung, neben dem Ball in Gegenwurfrichtung oder gar irgendwie quer dazu fährst. Dieses Messresultat ist übrigens unabhängig davon, ob Du absolut in Ruhe bist oder nicht.


Dann kannst Du daraus zwei Dinge folgern:

1.) Deine Bewegung mit dem Fahrrad ist so klein im Vergleich zur Ballgeschwindigkeit, dass Du innerhalb Deiner Messgenauigkeit nur die Ballgeschwindigkeit ermittelst

oder

2.) Die Ballgeschwindigkeit ist invariant zu Deiner Bewegung mit dem Fahrrad.


Im Falle zweier ballspielender Personen und des Fahhradfahrers hat man natürlich das Szenario 1 gemessen, doch im Falle der Lichtgeschwindigkeit hat man das Szenario 2 gemessen. Und mit Atomuhren konnte man sogar Szenario 2 mit zwei Düsenjägern, die ja deutlich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit sind, messen und hat dabei nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ den vorhergesagten Wert messen können.

Freundliche Grüsse, Ralf
 

Joachim

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boman schrieb:
Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?

Hallo Boman,

vielleicht mal der Versuch einer direkten Antwort: Es gibt zwar keine absoluten Bezugspunkte, aber relative. Geschwindigkeit (v) ist immer Relativ und sie ist definiert durch die Strecke (s), die das zu messende Objekt in einer Zeiteinheit (t) zurücklegt: v=s/t

Konkret ist (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der eine Lichtwelle im Vakuum unterwegs ist. Dabei ist es (wie sowohl Messungen als auch die Maxwelltheorie des Lichts bestätigen) unerheblich, ob du die Geschwindigkeit eines Wellenberges, einer Front eines Lichtblitzes oder des Maximums eines Lichtblitzes nimmst. Im Vakuum sind alle diese "Dinge" gleich schnell.

Leider ist Licht aber so schnell, dass es schwer ist, das direkt zu messen. Es kann aber bemacht werden, zum Beispiel hier:
http://www.physics.utoronto.ca/~phy140/spring/extras/piondecay.pdf
In diesem Experiment wurde direkt die Zeit gemesen, die ein Röntgenimpuls für eine gegebene Strecke braucht. Der Bezug ist dabei die Messstrecke aus zwei Röntgen-Detektoren und eine im Labor ruhende Uhr.

Weiterhin gibt es vergleichende Messungen, wie die Vermessung der Umlaufbahnen von Doppelsternen (bestimmt gibt es jemanden der einen Link dazu weiss), bei denen nicht die absolute Geschwindigkeit gemessen wird, sondern verglichen wird, ob die Wellen gleich schnell sind. Hier ist der Bezug die Strecke vom Sternensystem zur Erde. Zeitliche informationen gewinnt man, indem man annimmt dass die Gravitation dort ebenso funktioniert wie hier.

Gruss,
Joachim
 
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boman

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Danke schon mal für die Antwort!

Also wenn ich Szenario 2 als Grundlage zur Messung der Ballgeschw. nehme, dann messe ich nur die Geschwindigkeit des Balls.

Aber mir geht es um die Absolutheit der LG.

Ich habe soweit verstanden, dass man Geschwindigkeiten nicht addieren darf.
Das passiert in der Natur aber zwangsläufig.

Gedankenexperiment:

Ich sehe mit einem Teleskop einen Stern. Nach Messung der Entfernung ist er 2 Lichtjahre entfernt (von unsere Erde aus gesehen). Nun beschleunige ich mein Raumschiff von der Erde aus in Richtung Stern mit 99,9% C.

Die Erde entfernt sich vom Stern (um den Faktor 20% C).

Ich besuche Planet X auf meiner Reise der sich mit 50% C zu dem Stern hinbewegt. Nun starte ich von Planet X weiter in Richtung Stern und beschleunige wieder, von Planet X aus gesehen, in Richung Stern auf 99,9% C.

Wie schnell bin ich denn nun?

Planet X ist mein neuer Bezugspunkt!
Von der Erde aus gemessen fliege ich nun mit 129,8% C!!!
Von Planet X aus gesehen fliege ich nun mit 99,9% C!!!!

Kann ich mich in der Realität so etwas flotter zu meinem Ziel hinbewegen (hinschummeln???)?

Von wo aus gesehen kann ich mit meinem Raumschiff 99,9% C erreichen?

Schöne Grüße
Boman
 

Joachim

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Hallo Boman,

doch, du kannst Geschwindigkeiten addieren, allerdings nur mit dem Additionstheorem der Relativitätstheorie:

V=(v1+v2)/(1+v1*v2/c^2)

Wenn du immer weiter auf einen Stern hin beschleunigen würdest, so würde die Relativgeschwindigkeit zwischen dir und den Stern zunächst linear wachsen. Wenn du aber in den relativistischen Bereich vordringst, würden sich die Effekte der relativistischen Dopplerverschiebung und der Lorentzkontraktion zunehmend bemerkbar machen. Du kämest dem Stern also tatsächlich schneller näher, als die Geschwindigkeit c zulassen würde, aber du würdest nicht wahrnehmen, dass du schneller bist als c, sondern nur, dass 1) die Entfernung zum Stern schrumpft und 2) die physikalischen Prozesse auf dem Stern langsamer werden.

Gruss,
Joachim
 

boman

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Hallo Joachim!

O.K. das habe ich soweit verstanden.

Wie würde ich dann den Energiebedarf berechnen, wenn ich nicht weiß, daß es einen Planet X auf meiner Reise gibt der mir den Beschleunigungszuwachs ermöglichen würde?


Noch eine Frage:
Wenn es keinen absoluten Punkt gibt von dem ich meine Beschleunigung errechnen könnte, warum kann ich nicht einfach ohne meinen Planeten X als Sprungbrett weiterbeschleunigen bis ich 300 % C erreicht habe?

Danke schon mal
Boman
 

ralfkannenberg

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boman schrieb:
Hallo Joachim!

O.K. das habe ich soweit verstanden.

Wie würde ich dann den Energiebedarf berechnen, wenn ich nicht weiß, daß es einen Planet X auf meiner Reise gibt der mir den Beschleunigungszuwachs ermöglichen würde?


Noch eine Frage:
Wenn es keinen absoluten Punkt gibt von dem ich meine Beschleunigung errechnen könnte, warum kann ich nicht einfach ohne meinen Planeten X als Sprungbrett weiterbeschleunigen bis ich 300 % C erreicht habe?

Danke schon mal
Boman
In Joachims Beispiel bist Du ja auch nicht über 100% c drübergekommen. Da kannst Du weiterbeschleunigen soviel Du willst, die Energie, die Du hineinpumpst, wird nur noch geringfügig zur Geschwindigkeitserhöhung und weitgehend zur Erhöhung Deiner Masse (E = m*c^2) verwendet. Und weil Du immer massereicher wirst, musst Du eine immer grössere Masse beschleunigen.

Freundliche Grüsse, Ralf
 

boman

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Aber die Energie wird doch in ein Treibwerk das nach dem "Abstossungsprinzip" funktioniert hineingepumpt.

Ich löse mich von der Theorie und will einfach meinen Stern so schnell es geht erreichen.
Wenn ich nicht schneller als C werden kann aber den Stern in 0,1 Lichtjahren erreiche, war ich unterm Strich doch schneller als C.

In meinem Beispiel zu Szenario 2 mache ich eine Pause auf Planet X der sich ja mit 50% der LG zum Stern hinbewegt (von der Erde aus gesehen). Es kann aber auch sein das der Stern sich zu Planet X bewegt. Oder beide sind beschleunigt Planet X und der Stern den ich erreichen möchte. Ist ja egal. Es gibt ja keinen Absoluten Bezugspunkt.
Nun möchte ich den Stern endlich erreichen. Wenn ich nach meiner Pause weiter möchte, wie stelle ich meine Bewegung "ABSOLUT" fest?
Wie stark bin ich beschleunigt auf meinem Planeten X?

Denn wenn ich sage das ich nicht schneller als c werden kann, dann muss ich sagen können von wo aus ich das Messe und ob ich mich bewege oder nicht?
 

Joachim

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boman schrieb:
Aber die Energie wird doch in ein Treibwerk das nach dem "Abstossungsprinzip" funktioniert hineingepumpt.

Ja, aber für einen nicht mitbeschleunigten Beobachter wird dein Triebwerk immer schwächer, denn deine Eigenzeit (und die des Triebwerkes) wird langsamer. In deinem eigenen System arbeitet das Triebwerk also immer gleich, von aussen wird es träger und träger.

boman schrieb:
Ich löse mich von der Theorie und will einfach meinen Stern so schnell es geht erreichen.
Wenn ich nicht schneller als C werden kann aber den Stern in 0,1 Lichtjahren erreiche, war ich unterm Strich doch schneller als C.

Jein, du musst natürlich Zeit und Strecke im selben System messen. Durch die Zeitdilatation ist im Ruhesystem des Sterns mehr Zeit vergangen als in deinem Eigensystem. Daher misst man dort keine Geschwindigkeit grösser als c. In deinem Eigensystem schrumpft aufgrund der Längenkontraktion der zurückgelegte Weg zusammen, daher misst auch du in deinem System nie mehr als c.

Ob es ein drittes System gibt, aus dem man den Fall ausserdem noch betrachten kann, spielt keine Rolle. Du kannst nach der Lorentztransformation beliebig viele Referenzsysteme definieren, Überlichtschnell bist du in keinem von diesen Systemen.

Gruss,
Joachim
 
Zuletzt bearbeitet:

boman

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Danke!!!:)

Ich bin wieder richtig justiert!

Ich habe den Faktor Zeit in Bezug zur Geschwindigkeit total vergessen.
So kann man ins Schleudern kommen wenn man alt wird. :D
Das passiert wenn man sich ein paar Monate nicht mit dem Thema beschäftigt und in eine heiße Diskussion hineinrutscht.

Vielen Dank nochmal Joachim und Ralf!

Gruß
Boman
 

mac

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Joachim schrieb:
1) die Entfernung zum Stern schrumpft und 2) die physikalischen Prozesse auf dem Stern langsamer werden.

Hallo Joachim,

ich glaube, 2. habe ich nicht verstanden?

So wie ich das jetzt verstehe sagst Du: Ich kann nicht unterscheiden wer sich bewegt. Ich oder der Stern.

Einerseits ist es logisch, denn von mir aus gesehen bewegt sich der Stern schnell, also läuft seine Zeit von mir aus gesehen langsamer.

Andererseits frage ich mich, wie funktioniert denn dann das Zwillingsparadoxon?

Ich starte von der Erde aus ins Weltall, 20 Minuten heftig beschleunigt. Im Orbit angekommen, machen wir ein Familienphoto. Ich in meinem Raumschiff mit der Webcam, mein Zwillingsbruder mit seiner Webcam.

beide Photos werden auf der Erde ausgedruckt und aufbewahrt.

Jetzt fange ich an mit 9,81 m/s^2 zu beschleunigen. Ziemlich lange. (ich hab' mir jetzt nicht die Mühe gemacht es nachzurechnen, für's Prinzip ist es egal)

Mein Zwillingsbruder sieht, wie ich mich immer schneller von ihm wegbewege, und meine Zeit immer langsamer wird.

Ich sehe, wie sich mein Zwillingsbruder mitsamt der Erde immer schneller von mir wegbewegt und seine Zeit immer langsamer wird.

Ich fliege einen großen Bogen (immer mit 9,81 m/s^2 beschleunigt, nach der Hälfte meiner Flugstrecke bremse ich mit derselben Beschleunigung wieder ab, bis ich wieder zurück im Erdorbit bin. (ich bin, von der Erde aus gesehen 30 Lichtjahre weit geflogen und habe dazu 3 Jahre Bordzeit gebraucht. Wenn beim Nachrechnen was anderes herauskommt, dann eben anders.)

Neues Photo: Ich bin 3 Jahre älter, mein Bruder 40 Jahre älter.

Wieso bin ich jetzt jünger als mein Zwillingsbruder? Für uns beide ist vom jeweils anderen aus gesehen, das gleiche geschehen?

Wenn ich nicht unterscheiden kann, wer sich bewegt und wer nicht, wie kann das dann so ablaufen?

Herzliche Grüße

MAC
 

Joachim

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Hallo mac,

mac schrieb:
Wenn ich nicht unterscheiden kann, wer sich bewegt und wer nicht, wie kann das dann so ablaufen?

Du kannst unterscheiden, wer beschleunigt ist und wer nicht. Es gibt kein Relativitätsprinzip für Beschleunigungen. Ich habe das Zwillingsparadoxon mal nachgerechnet. Auf meiner Relativitätsprinzip-Homepage unter "Gedankenexperimente". Entschuldige, dass ich es nicht hier im einzelnen vorrechne, aber wir können über die einzelnen Rechenschritte diskutieren.

Gruss,
Joachim
 

Hosch

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Joachim schrieb:
Hallo mac,



Du kannst unterscheiden, wer beschleunigt ist und wer nicht. Es gibt kein Relativitätsprinzip für Beschleunigungen.

Gruss,
Joachim

Richtig. Sobald der reisende Zwilling beschleunigt befindet er sich in keinem Intertialsystem mehr, unabhängig davon wie schnell die Beschleunigung erfolgt.
Intertialsystem ist ja definiert als "gleichförmig" bewegt.

Der ruhende Zwilling ist jedoch in einem - der Erde. Diese ist zwar kein ideales IS, (Kreisbahn, Eigenrotation) aber die Effekte sind vergleichsweise gering und können vernachlässigt werden. Also ungefähr eine gleichförmige Bewegung. Im Gegensatz zum reisenden Zwilling.
 

Bewegt

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Hosch schrieb:
Sobald der reisende Zwilling beschleunigt befindet er sich in keinem Intertialsystem mehr, unabhängig davon wie schnell die Beschleunigung erfolgt.
Intertialsystem ist ja definiert als "gleichförmig" bewegt.

Der ruhende Zwilling ist jedoch in einem - der Erde. Diese ist zwar kein ideales IS, (Kreisbahn, Eigenrotation) aber die Effekte sind vergleichsweise gering und können vernachlässigt werden. Also ungefähr eine gleichförmige Bewegung. Im Gegensatz zum reisenden Zwilling.

:rolleyes: :confused:
vergleichsweise gering zu was? Wenn der reisende Zwilling der Expansionsrichtung entgegengesetzt reist, wird er dann nicht langsamer?
Da wir aber nicht wissen, wohin das Universum expandiert, ist eine Bestimmung der "ruhenden Erdgeschwindigkeit:D " doch unmöglich.
Es fehlt ja ein ruhender Bezugspunkt im bewegten Universum, deshalb ist eine Definition meiner Meinung nach unmöglich, was sich schneller bewegt, welche Zone im Kosmos stärker expandiert.

ergänzend
Das meiste des expandierenden soll ja Vakuum sein, durch das seit sehr langer Zeit Licht unterwegs ist, wir sind zum Licht teilweise noch nicht so lange unterwegs, die Expansion wurde ja wegen der Lichtgeschwindigkeit festgestellt, vielleicht versteht jemand, wieso ich resigniert habe, weil, wenn der Wert nicht konstant ist, ist eine Bestimmung des Alters auch nicht korrekt möglich, weil das Alter wird ja durch das Licht gemessen. In der Berechnung wird die Erde aber als unbewegt deklariert, was sie in meiner subjektiven Realität aber nicht ist, weil sie bewegt sich mit der Galaxis, mit der Sonne und rotiert um die Sonne und um sich selbst und das halte ich für bewegt und nicht für ruhend.:rolleyes:
wieso soll diese Bewegung der Erde also vergleichsweise zu [ ] vernachlässigbar sein?
 
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Joachim

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Hallo Bewegt,

mit "ruhend" ist im Sinne der speziellen Relativitätstheorie jedes nicht beschleunigte Referenzsystem gemeint. Die Beschleunigung der Erdoberfläche (Rotation ist eine Forum von Beschleunigung) ist gering im Vergleich zur Beschleunigung die der raumfahrende Zwilling erfahren muss. Wenn dir diese Beschleunigung noch zu gross ist, kann man als Bezugssystem ein mit der Erde mitgeführtes Koordinatensystem nehmen, das die Rotation nicht mitmacht. Das wäre dann in sehr guter Näherung ein Inertialsystem. Ober man nimmt das Schwerpunktsystem des Sonnensystems als Refernenz.

Gruss,
Joachim
 

Bewegt

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Joachim schrieb:
mit "ruhend" ist im Sinne der speziellen Relativitätstheorie jedes nicht beschleunigte Referenzsystem gemeint. Die Beschleunigung der Erdoberfläche (Rotation ist eine Forum von Beschleunigung) ist gering im Vergleich zur Beschleunigung die der raumfahrende Zwilling erfahren muss. Wenn dir diese Beschleunigung noch zu gross ist, kann man als Bezugssystem ein mit der Erde mitgeführtes Koordinatensystem nehmen, das die Rotation nicht mitmacht. Das wäre dann in sehr guter Näherung ein Inertialsystem. Ober man nimmt das Schwerpunktsystem des Sonnensystems als Refernenz.
Wenn sich der Mittelpunkt der Sonne mit hoher Geschwindigkeit um die Galaxis bewegt und die Galaxis bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit Richtung grosser Attraktor, der reisende Zwilling sich entgegen dieser Bewegung von der Erde entfernt, dann wird er um wieviel schneller als der sich mit der Erde bewegte? Kann man trotzdem korrekt das Verhältnis der Zeitverzerrung berechnen ohne ruhenden Bezugspunkt? Und auf erdbezogene Beschleunigung des reisenden Zwillings, kann er in Richtung der Bewegung der Sonne um wieviel weniger beschleunigen als Entgegen der Richtung, weil die Lichtgeschwindigkeit begrenzt diese mögliche Beschleunigung?
 
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Bewegt

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Bewegt schrieb:
in Richtung der Bewegung der Sonne um wieviel weniger beschleunigen als Entgegen der Richtung, weil die Lichtgeschwindigkeit begrenzt diese mögliche Beschleunigung?
:confused: Das würde ja bedeuten, das das Licht der Sonne sich dann nicht gleichschnell von der Sonne in alle Richtungen entfernen könnte, weil sich Ihre Eigenbewegung verändernd auswirken würde.:confused: Wieso wird dann überhaupt eine konstante Lichtgeschwindigkeit gemessen?
Ist das Licht im Sommer leicht rot- oder blauverschoben im Verhältnis zum Winter, oder vom Frühling zum Herbst, kommt eben auf die Bewegungsrichtung der Sonne an.
 

mac

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Joachim schrieb:
Du kannst unterscheiden, wer beschleunigt ist und wer nicht.
Hallo Joachim,

das ist soweit ich noch im Bilde bin, genau der Knackpunkt.

Ich bin in meinem Raumschiff einer Beschleunigung von 1 g ausgesetzt, mein Bruder ist auf der Erde einer Beschleunigung von 1 g ausgestzt. Wie unterscheidet man das?

Herzliche Grüße

MAC

Sorry, ich bin gerade nach Hause gekommen und konnte Deine Page noch nicht lesen. Wenn es da beantwortet ist, dann is' auch OK
 
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Hosch

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mac schrieb:
Hallo Joachim,

das ist soweit ich noch im Bilde bin, genau der Knackpunkt.

Ich bin in meinem Raumschiff einer Beschleunigung von 1 g ausgesetzt, mein Bruder ist auf der Erde einer Beschleunigung von 1 g ausgestzt. Wie unterscheidet man das?

Herzliche Grüße

MAC

Sorry, ich bin gerade nach Hause gekommen und konnte Deine Page noch nicht lesen. Wenn es da beantwortet ist, dann is' auch OK

Ok, angenommen es befinden sich beide in einem Inertialsystem.

Per Definition kommen 2 Intertialsysteme nur einmal aneinander vorbei. Begegnen sie sich ein zweites mal ist eines der beiden kein Intertialsystem mehr weil es die geschwindigkeit ändern musste um umzudrehen oder sonstwas.
Hätte es das nicht getan hätten sie die beiden Intertialsysteme nie wieder gesehen und es wäre keine Aussage über das jeweils andere möglich.

Im Zwillingsparadoxon kann der Zwilling ruhig auch mit 1g beschleunigen (und angenommen) er wäre dann auch ein Intertialsystem. Soweit so gut. Um aber etwas festzustellen, muss der reisende Zwilling umdrehen, bzw. sich gegenteilig beschleunigten Bewegungen aussetzen. Dadurch (ob durch weite Kurve fliegen oder noch so sanftes abbremsen) verliert er den Status des Inertialsystems, und somit auch die Möglichkeit zu sagen das sich doch die Erde bewegt hat und nicht er. Denn auf ihn wirken im Zuge der Kurve/des Beschleunigungsvorganges zusätzliche Kräfte.

lg
 
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