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如果宇宙不是唯一的現實 ─ 多重宇宙面面觀
2010/04/11 13:03:23瀏覽9248|回應19|推薦107

 

1895 年美國哲學暨心理學家威廉‧詹姆士首創「多重宇宙」一詞,意即假設許許多多﹝可能無數﹞個宇宙所組成的宇宙群才是真正一切所有存在的現實真相,而我們的宇宙只是其中之一。這所有一切可能存在的宇宙「們」彼此互不相干,所以也稱為「平行宇宙」。

我們在沙灘上找到一顆貝殼,很可能就會找到更多的貝殼。在球場深草區檢到一顆球,附近通常就會有更多人家掉的球。人類如果在木星的月亮「歐羅巴」上找到一個細菌,歐羅巴上極可能就有更多其他細菌存在。以此,人類單獨存活在宇宙內,除此別無活物的可能性有多少?既然人類已知宇宙的時間空間物質能量俱屬有限,我們的現實於一百三十七億年前因大霹靂而肇始,宇宙之外存有極多甚至無數其他宇宙的可能性恐怕也不會太低。

平行宇宙的概念經過一百多年的輾轉反覆,到今天已經大致有譜。雖然這觀念尚未能以科學方法證實,僅從「有趣」的角度出發來看看人們都在想些什麼,也挺有意思。

天文學家馬克斯‧鐵哥馬克將多重宇宙的說法分成四類,以供參考。

第一類多重宇宙論:

因為宇宙膨脹為已知既定事實,整個宇宙內的所有星體、星系、乃至銀河系每分每秒都在彼此遠離當中。距離越遠的分離速度越快,遠到某個程度分離速度會大過光速,二者之間將永遠無法觀測或聯繫,因為空間裡沒有任何速度可以大過光速。從地球的立場而言,在此範圍外的部分將永遠無法觀測,彼此間也不會有任何影響,實質上等於不存在;範圍內則為「可觀測宇宙」,或稱「哈伯體」,是為一以觀測者為中心的三度空間球體,半徑是一百三十八億光年﹝138000000000000000000000 公里﹞。

馬克斯假設一個無限的宇宙內含無數多個「哈伯體」。這些無數個哈伯體彼此大同小異,但因為數甚多,其數實無限大,因此一定找得到和我們的可觀測宇宙完全相同的哈伯體,而距離我們當有「十的十的一百一十五次方」公尺遠。

這數字大到很難想像,簡化一下比較容易懂。

「十的十的二次方」是一後面加一百個零。

「十的十的三次方」是一後面加一千個零。

「十的十的四次方」是一後面加一萬個零。

「十的十的八次方」是一後面加一億個零。

「十的十的一百一十五次方」就是一後面加‧‧‧個零。自己想像一下。雖然這數字大到無法想像,和無限大還是不能比。

這是從可觀測宇宙是為有限出發,想像無數多個哈伯體在我們宇宙「地平線」﹝可觀測部分的極限﹞外的存在情形。

第二類多重宇宙論:

此一理論從俄國物理學家藍道所提倡,有別於亞蘭‧古斯「宇宙膨脹論」的「混亂膨脹論」出發,設想整個的多重宇宙無限膨脹,但其內各別不同區域各自為政,一如麵團發麵時裡頭的小氣泡,有些停止膨脹,有些則脹到很大。各個氣泡經歷不一的「自發對稱性破缺」,導至各式各樣物理性質不同的宇宙。

我們宇宙的「自發對稱性破缺」可以用從大霹靂論談宇宙緣起裡提及的,宇宙四種力如何自 "superforce" 分離出來自成一力為例:

『0 ~ 0.0000000000000000000000000000000000000000001 = 普郎克期

對稱性在此期內被破壞,重力在此期結束前從超力分出來。超力,是由宇宙四種已知力:重力、強作用力、弱作用力、電磁力所合成的,理論上宇宙最初的唯一之力。』

『0.0000000000000000000000000000000000000000001 ~

0.000000000000000000000000000000000001 = 大一統期

宇宙溫度高於 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000 凱氏度。

強作用力、弱作用力、電磁力仍維持「三合一」狀態,叫「電核力」。

強作用力在此時期末從「三合一」的電核力分出來。』

弱作用力、電磁力隨後亦依次分離:

『0.000000000001 ~ 0.000001 = 夸克期

重力、強作用力、弱作用力、電磁力徹底分家。』

大霹靂發生後十萬分之一秒內超力的對稱狀態完全被破壞殆盡。

科學家們認為,對稱性的破壞正是宇宙得以被創造的原因。如果一切的一切絕對對稱、完美無缺,就不會有任何變化產生,宇宙源頭的量子振盪不會發生,大霹靂就不會成為事實。費米國家實驗室外有一巨型雕塑,名叫「Broken Symmetry Arch」,彰顯的就是宇稱破壞的「創造力」。

這第二類多重宇宙論設想:其他宇宙可能會因混亂膨脹以致其物理性質與我們的宇宙完全不同,譬如少了一種力,或超力不分家,或沒有物質,或沒有空間,或比我們所有的時間空間物質能量之外還多出一種我們完全無法想像的什麼東西。

第三類多重宇宙論:

這是美國物理學家休‧艾佛略特依據量子力學的論述之一提出的「多世界詮釋」論。量子理論認為,一個觀測無法完全絕對,各種不同的結果都有概率不一的可能。休‧艾佛略特以為,這每一種可能應各自形成一個新宇宙,亦即,宇宙永遠不斷地在進行無休無止的分裂當中。譬如說,在我們這個現實宇宙,我正在敲打這篇文章;在另一個宇宙的我,一開始就打算不寫這篇,改以某遊記取代;在另一個宇宙,則根本沒有 GolfNut 其人。

所以,宇宙的每一個空間點在每一個時間點上都在進行不同可能分裂。在某個宇宙裡,希特勒遇刺身亡,或秦始皇沒有出生,或人類不存在,或有太陽系但少了個地球等等。

這個理論的意思就是說,所有一切任何的可能都有一個宇宙來實現它。

這種理論和第一類有些雷同,但最大的差異在於:第一類理論中的所有宇宙都存在在無垠無涯的三度空間裡,大家各自佔據不同地方,老死不相往來;第三類理論則認為,這些不同宇宙各自佔據一個維度數目無限,叫做「西爾伯特空間」裡的若干維度,像我們就佔了三個維度,大家以維度的獨佔而彼此分界。譬如說我坐在這裡打這篇文,另一個宇宙裡的我也坐在這裡,正在吃飯,但因所佔的維度各異,彼此不可能互相察覺,因為各個宇宙的空間是完全獨立的。

第四類多重宇宙論:

這是鐵哥馬克自己定義的多重宇宙論,他將所有能以數學結構詮釋的宇宙都歸納在此一類別裡,並進一步宣稱任何能以物理公式解釋該宇宙之 "Theory of Everything" 者必定屬於此一類別,亦即該宇宙必定能以數學結構加以詮釋。

這是一個純理論的宇宙類別,實質意義不大,也不比前三類定義更「高瞻遠矚」。不過它為可能無限制往上增長的多重宇宙類別劃下一個句點。也就是說,多重宇宙論的類別到此為止,不會再有第五、第六類了。

弦論的多重宇宙觀:

自從上世紀末五種不同的十度空間弦論被弦論大師慧燈整合成十一度空間的「M 族理論」後就有點柳暗花明起來﹝詳參弦論四十年話從頭 ─ 宇宙十度空間裡的樂章﹝弦論二﹞﹞,也為淒風苦雨了二十幾年的所謂「超重力理論」﹝有別於 M 族理論,但也主張宇宙有十一度空間,試圖整合「超對稱論」與廣義相對論﹞帶來一線生機。

M 族理論認為,宇宙的誕生是由於位於十一度或二十六度空間裡的「P 膜」互相碰撞而形成的。因此而產生的宇宙﹝譬如我們這個﹞形態叫做「D膜」。D膜宇宙裡的物質、能量全部受限在此宇宙的時空範圍內,但重力除外。

M 族理論以為重力不受 D膜宇宙時空範圍的限制,所以可以用來做為與其他宇宙溝通的管道。弦論認為重力子弦是一個閉路環狀弦,不會附著在 D膜宇宙的時空裡,而可自由往來出入各個宇宙。有學者以此為基礎試圖解釋萬有引力為何如此薄弱。幾天前我才剛得知有一位女物理學家「發現」﹝理論上的,不是真的探測到﹞我們宇宙的重力是別個 D膜宇宙「漏」出來給我們的,並不是我們宇宙的重力「漏」給了人家,所以我們宇宙的重力才如此薄弱。探討重力子是否可能自我們的宇宙消失,藉以揣測其他宇宙存在情形的實驗也在計畫進行當中。

 

( 知識學習科學百科 )
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引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=GolfNut&aid=3924121

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YannBing
等級:8
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太深奧咯!
2010/04/14 10:39

反正是無法懂

只有佩服!

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-14 17:28 回覆:

只要沒數學公式跑出來一切都好說。文字再怎麼說至少比較容易瞭解。

可是有很多時候我發現,不是因為事情有多深奧難懂,而是由於某些事物本身的性質不適合用文字表達,此時用數學反而容易懂些。

我剛才在讀幾篇文章,其中一篇叫做 "Theistic Anthropic Principle Refuted",在 http://www.positiveatheism.org/faq/anthropic.htm,有一小段如下。我無法想像他若不搞幾個式子光用文字要如何表達:

"In order to reach a pretty astonishing result, we must develop one line of probability logic. P(A|B&C) P(B|C) = P(A&B|C): the probability that, given C, A and B are true, is equal to the probabilty that, given C, B is true, times the probability that given B and C, A is true. This is fairly straightforward, but if you don't see it at once, please think about it for a while. It follows that: P(A|B&C) P(B|C) = P(A&B|C) = P(B|A&C) P(A|C), since in the middle equation there is no difference between A and B. Therefore it is true that P(A|B&C) = P(B|A&C) P(A|C) / P(B|C). We will use this rule."

不過若有不懂處無妨,部落格主要用途是娛樂,寫的人高興,看的人開心就好。


the dreamer girl
等級:8
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學富五車
2010/04/14 09:32

您擁有的廣博之學養

連這麼深奧的科學領域

都研究得如此透徹

佩服之至


the dreamer girl~~ 最新作品:



義大利-摩德納(Modena)

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-14 17:06 回覆:
夢娘可別這麼說。現代資訊發達,google 什麼都有,人人可以得知,我只是偏愛科學罷了。它給我的滿足感極為強大,像抽嗎啡,日久成癮欲罷不能呗。

不能正經
等級:8
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第一及第三種
2010/04/13 08:02

我感到和人類對靈魂存在否(或人死後會往那去)的相關探討似有那麼一點點類似,只是人們總覺得靈魂對生活的影響大些.

Matrix的角度挺有趣,若真如此,那我們和住在Jay的locker中的那群外星人(電影MIB)沒什麼兩樣了.

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-13 16:04 回覆:

是有點那個味道。

據我所知,對多重宇宙的研究比對靈魂要認真的多,內容也較具體。

還有一種理論認為,宇宙確實有不只三度的空間,我們的現實世界包括我們自己,是高於三度空間物體的「影子」─ 就好像三度物投射在地表所呈現的二度影子一樣。

但因為我們是「影子」,所以經驗的全都是三度空間的物理性質。如果我們是四度空間的人,就可以看見三度空間生物的內臟,並且不打開門直接從保險箱裡竊取財物,或將左腳的鞋翻轉一下變成右腳鞋,等等。

所以卡拉比‧邱流形的研究,探討一個弦在十度空間裡如何運動、振盪,是不能依經驗法則去思考的,一切只能仰賴數學。

如果有人問我什麼是人類最重要的精神資產,我會回答「數學」。

說來慚愧,我記得大學聯考的數學好像加重計分都沒及格說。

至少物理考出九十六或九十八分,恰好是化學的兩倍。


筱 蒨-Lucifer
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很認真看完了,但...
2010/04/12 21:56

唯一的感想是...

天哪,我還是專心在我生活的宇宙就好了。

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-13 04:26 回覆:

我也是。

第三類解釋中的,其他宇宙裡的 GolfNut「們」也都各自深覺慶幸,不想和別個 GolfNut 交換人生。

Maybe not。根據那種理論,一定有某個宇宙裡的 GolfNut 三分不像人七分倒像鬼,窮愁潦倒悶悶不樂‧‧‧


Derek
等級:8
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鼓掌
2010/04/12 19:50

如果宇宙不是唯一  更可以顯現 人 是 多麼渺小

雖然 這些內容對我來說 有些深

但可以 感覺出 衲兄  涉獵很深廣

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-13 05:16 回覆:

人確是渺小,可是重要,他的大腦已達「上干天理」的地步,想得出種種理論。

似是而非又似非而是的「人擇原理」經久不衰,可是總予人「狡辯」之感。繼十九世紀達爾文的演化論成功地駁倒神創論後,二十世紀的新科學又發現宇宙之容許生命如你我的存在,必須要有宇宙諸般條件、性質、常數之精密準確無誤,以此神創論又扳回一城,球似乎又回落在科學這邊。

多重宇宙論一如十九世紀的演化論,可能可以解釋宇宙為何容許生命的存在。即使多重宇宙論得不到證明,下面耶魯的尼克‧伯斯特羅姆的這篇文章認為,從哲學的觀點看來,神創論仍是說不通的。而亞蘭‧古斯的「膨脹論」克服了一個重要問題以後,上帝又更不被須要了。

文章摘自 http://www.anthropic-principle.com/preprints/god/god.html,非常精闢入理:

There was a time, before Darwin, when a fairly good empirical case could be made for God’s existence. Anyone could appreciate the apparent finesse and purposefulness of the bodies of biological organisms. An eye looks like an ingeniously designed device whose purpose is to provide visual input to the brain; a heart looks like well-crafted pump whose function is to circulate blood.

The deist had an explanation for these observations: God had created the universe, including biological organisms, and because He was assumed to be infinitely intelligent and knowledgeable it was only to be expected that the creatures He created would be amazingly cleverly designed. An atheist, on the other hand, had no explanation for this fact. Using an inference to the best explanation, many concluded that the world must have been created by a deity of some sort.

Atheists had to contend themselves with general sceptical doubt. This doubt could be reinforced by pointing out certain internal difficulties with the deist’s explanation. For example, the problem of explaining why the Creator existed. Or the problem of evil: if the deity was not only all-powerful but also perfectly good then it is hard to see why there should be any evil in the world (such as young innocent children suffering from horrible diseases). Theologians wrestled with these objections, with varying degrees of success. Theologians also invented many other arguments for God’s existence of a more metaphysical character, none of which was found especially compelling by empirically-minded sceptics, and none of which is regarded as sound by contemporary analytic philosophers. But the argument from the apparent design of biological organisms was harder to dismiss.

Enter Darwin. Evolution theory gives a naturalistic explanation of how advanced biological organisms could come to exist. This explanation is superior in every way to the earlier deistic explanation. Not only does it not involve postulating some unobserved superhuman entity, but evolution theory is an infinitely richer source of successful empirical predictions than any rival creationist explanation.

At this stage of the debate, the atheist seems to have triumphed. Actually, that might be an overstatement, for the atheist has only refuted the deist’s argument for God’s existence; she has not proved that God does not exist. Still, considering the internal difficulties with deism referred to above, atheism, or at least agnosticism, would be the only reasonable conclusion at this point.

However, there is a further stage to the debate. It turns out that one can run a modern-day version of the old design argument. We can now explain how intelligent creatures could evolve in a universe such as ours. But how come the universe is such as to permit life to exist? Physics and cosmology reveal that the existence of life is dependent on various physical parameters having values within certain very narrow intervals. For example, if the expansion speed of the early universe had been very slightly less than it was, then the universe would have recollapsed within a fraction of a second, and no life could have evolved. If the expansion speed had been very slightly greater than it was, then the density of the universe would have been too low for galaxies, stars and planets to form – again no life would have evolved. There are a number of other parameters that appear in a similar manner to have been "fine-tuned" for the existence of intelligence life. (This is referred to as the so-called "anthropic coincidences".) If one uses any natural probability distribution over the possible values that these physical parameters could have, it turns out that there would only be an astronomically small probability that they would have values that permit the evolution of life.

Why do the parameters have life-permitting values? In other words, why are there these anthropic coincidence? The deist has an answer: Because God created the universe and He chose these values in order that intelligent life would exist. The balance of evidence seems to have shifted back to favor the deist like it did before Darwin. Or can the deist come up with an alternative explanation for the anthropic coincidences?

One purported explanation that one sometimes hears is this: "If the universe did not permit life to exist, we would not be here to observe it. Therefore we should not be surprised that it is life-permitting." This pseudo-explanation (which is sometimes mistakenly referred to as the anthropic principle) doesn’t work. The surprising thing is exactly that beings such as us are here, considering that that requires that various physical constants have very special values.

A more promising explanation, which may superficially look similar to the pseudo-explanation but is fundamentally different, goes as follows: "Suppose that there are many universes with randomly different physical parameters. Then, just by chance, it is to be expected that some of these universes will be life-permitting. Of course, we find ourselves in such a universe rather than in one which is not life-permitting. Hence we observe that the physical parameters of our universe have the very special values that allow intelligent life to evolve." This explanation does solve the apparent mystery of why our universe appears fine-tuned for life. It does this, however, only by presupposing the existence of an ensemble of universes with differing properties. The question we must therefore ask ourselves is whether we have any reason to believe that such an ensemble of universes exists.

We do in fact have fairly good reasons to suppose that. First of all, because some popular theories in modern cosmology – in particular, inflationary quantum cosmology – would have as a consequence that many universes with a wide variety of properties exist. (An open question, however, is whether inflation theory would itself require some fine-tuning in order to work. Early versions of inflation theory did require that, but more advanced versions may overcome this problem.) The second reason we have to believe in an ensemble of universes is that it would solve the problem of fine-tuning. This might look like circular reasoning, but it is not. It is only a form of inference to the best explanation: If you observe A, and the most plausible explanation of A is B, then that gives you some reason to think that B.

There are thus currently two possible explanations for the apparent fine-tuning of our universe. Either there is an ensemble of universes with varying properties or the universe was intentionally created to permit life to exist. Which of these explanations is most plausible?

If further physical evidence confirms inflationary quantum cosmology then the ensemble explanation is clearly superior, because there would then be independent reasons to believe in an ensemble of universes. If, on the other hand, cosmology and quantum physics fail to provide reasons to believe in an ensemble of universes then it would be more open to debate which explanation is more plausible. The ensemble explanation would still seem preferable, because it avoids the conceptual difficulties inherent in the God-explanation (for example, the problem of evil).

Conclusion: For the sake of brevity, some subtleties have been ignored: for example, the possibility that further developments in physics might show that it was inevitable that our universe would be life-permitting even without postulating an ensemble of universe. The main possibilities are nonetheless the following: either there is a large ensemble of universes with differing properties, or our universe was intentionally created. Currently, the ensemble hypothesis is the most plausible one.


靈婆心語 人生待續
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真的
2010/04/12 10:57

真的有多重宇宙的存在

只是科學上無法證明他

這是一種體驗

也是相對感

從本身出發

所有的外界都是有層次的

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-12 14:41 回覆:

我會很小心的使用「真」這個字,因為如果人家問我:「什麼叫做『真』的?」我有回答的義務。為此我還寫了一篇【什麼叫做「真」?】。

男:「我愛妳。」

女:「真的嗎?」

男:「真的,我可以證明。」

女:「不必證明。你先把『真』字定義出來再說。」

幸好我是個男的,否則我永遠找不到男朋友。太多男人根本不知道什麼叫做「真」,更多的女人根本不 care。

不懂什叫做「真」的人也不會明白什麼叫做「知道」。

你知「道」嗎?


任俠李之瑜(李麗梅)
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真是精彩迷人啊
2010/04/12 09:10

宇宙的無限與人類認知的有限

都不容易讓人類明白究極真相

我好奇的是

這多重面貌的宇宙,是在什麼條件和空間中存在

這無窮盡的宇宙所存在的環境,是如何開始的

如何開始產生最初

當不斷膨脹複製之後的最後,會是什麼情形呢

人類是否可以因為某些條件而以不同形式轉進其他宇宙空間呢

這些問題實在是太迷人了

以在下的有限腦袋來看,今生是無緣知道真相了

謝謝分享這麼高深的科學知識     ^________^

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-12 14:48 回覆:

謝謝任俠心劍。我個人一個很難改變過來的觀念長期以來一直是,宇宙不是「能量與物質的林林總總發生在一個無限的空間與時間內」,這樣的情形,而是「空間與時間的本身是隸屬於宇宙的諸般性質之一,和物質能量並無二致」。

也就是說,如果沒有這個宇宙,就沒有所謂時間,也沒有所謂空間這回事。這兩個東西是宇宙的一部分,而非宇宙是時間和空間裡的一個什麼東西。時間居然有個開始,空間也是從零而來。以此我對「存在」二字不得不自己重新定義。

第二難解的是空間與時間如何而非絕對,乃是相對。空間可以被扭曲,時間也會因重力或速度變濃或變淡。如果明天的我經歷一整天的某種奇異太空之旅,回家之後發現地球上人事已非,變成西元 3000 年,我會記得愛因斯坦的相對論而不至大驚小怪。

第三難解的是光速的絕對性。我們的經驗是,速度當然是相對的,你快我可以比你更快,大不了比你慢少一點,而光卻無論如何永遠比任何速度快一個光速,不多也不少。

第四難解的是空間的維度數。在長、寬、高之外的第四第五第六乃至第十個維度如何而為可能?如果我們的宇宙不是將這些多餘維度蜷曲起來,而是實際展開一如長、寬、高,那會是怎樣的光景?但數學的論證讓我們不得不接受宇宙可以也可能有更多更高維度的事實。人的常識經驗在數理邏輯面前顯得無足輕重,不得不低頭認輸。

在 X 光發明以後人們長久以來所信賴的「看得見、摸得著」的東西方為真,這觀念就破產了。人的肉身經驗毫無重要性可言。


SCFtw2
等級:8
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^_____^
2010/04/11 18:02

.

138,000,000,000,000,000,000,000 公里

.

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-12 02:02 回覆:

更精確一點是 130,548,000,000,000,000,000,000 公里ㄟ!準樣?要不要把體積算出來?

是11,002,861,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 立方公里。


止善
等級:8
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期待人類宇宙觀的突破
2010/04/11 13:40
現在人類能觀測到的宇宙只代表 5% 的能量

期待人類宇宙觀的真正突破﹐可以讓我們了解那其他 95% 不可觀測的宇宙到底有什麼
GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2010-04-11 15:50 回覆:
對啦,低於百分之五的 mass-energy 是為可見物質,剩下部分的 75% 是暗能量,25% 是暗物質。
我一位學物理的黑龍江籍好友住在三哩開外,他的一位同學叫盧剛的,研究的就是暗物質。人挺聰明,可惜後來因師生恩怨之類的事情殺了人家,前途也毀了。
據說最近還拍成一部電影,裡頭有梅麗‧史翠普,演盧剛的房東。
黑暗物質與能量的研究似乎無甚進展,有機會得去追一追。
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