第六章中国古代科技

纵观古代科技发展史，我们的祖先取得了斐然可观的成就，不仅有享誉世界的四大发明，而且在天文、数学、中医、农学及制造业等方面有过发现、创造和发明。

第一节天文历算

一、天文

1、天象观测

古人观测天象的目的，是用天象的变化预卜人间的祸福。另外农业生产要求有准确的农事季节，所以古人自然要十分精勤的观测天象，古代的天文知识由此得到发展。

殷商时期的甲骨文中已经有相当丰富的天象记录，如 “贞，日有食” (如图)

春秋时期天象观测与记录呈现多样化的明显趋向。 《诗·小雅》载：“十月之交，朔月辛卯，日有食之”的记载，据研究，这当指 周平王三十六年（ 公元前735年 ）11月30日发生的一次食分很大的日偏食，这是我国典籍中关于朔日的最早记述。 《春秋》庄公七年（前687年）“夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”，这是世界上关于天琴座流星雨的最早记载。僖公十六年（前644年）“春王正月戊申朔，陨石于宋，五”，这是最早的陨星记事；文公十四年（前613年）“秋七月，有星孛入于北斗”，这是关于哈雷彗星的最早记录等等。

战国时期天文观测定量化与系统化 ，二十八宿体系已形成 。 楚人甘德、魏人石申 各自写出一部天文学著作，后人合称为《甘石星经》，是现存世界上最早的天文学著作。

秦汉时期 天象记录上日趋详备，如《汉书》中《五行志》等所载河平元年（公元前 28年）关于太阳黑子的记录，建始元年（公元前32年）关于极光的记录，元光元年（公元前134年）和东汉中平二年（公元185年）关于超新星的记录，都是世界上有确切时日记录中最早的一批。 落下闳制成浑仪，是我国文字记载由最早提到的浑仪；耿寿昌制成了可以演示天象并配合浑仪用于观测的新仪器浑象 ； 张衡 创制了我国古代第一台自动的天文仪器——水运浑象。

三国两晋南北朝天文学非常活跃。在仪器的研制上，吴国的陆绩、王蕃、葛衡都制成过浑象。 永兴四年 (412) 北魏鲜卑族天文学家 都匠斛兰造出一架铁浑仪，留下制仪形制，使用了二百多年。

隋唐时期天文仪器有许多新的创造。 隋朝耿询制成不 用人力的水运浑象，并与宇文恺合作制作了称水漏器，曾风行一时。 李淳风于 贞观七年（ 633） 造出浑天黄道仪，增加黄道与白道环，成为空前复杂的浑仪。一行（ 张遂 ）和南宫说等 一起进行了人类历史上第一次的对子午线长度的测定，他和梁令瓒等人共同制作 了用于天体测量的仪器黄道游仪。又在张衡水运浑象的基础上，制成水运浑天仪，不仅能演示天体的运动，而且还具有报时功能。

宋元时期，随着对天文观测的重视和对天文观测精度要求的提高，此期间制造了一批天文仪器。如至道元年（ 995），韩显符制成至道铜浑仪 ，后又再造一台相类似的浑仪，专门用于司天台培养观测生的教学；皇祐三年（ 1051） 舒易简等铸造出黄道浑仪； 熙宁三年（ 1070） 沈括 与皇甫愈等合作制成熙宁浑仪等等。 宋代最为精巧的天文仪器，当推元祐七年（ 1092）苏颂领导研制成功的水运仪象台，实现了将浑仪、浑象和报时结合于一体的设想，国际科学史界对水运仪象台的评价极高，认为它是现代钟表的祖先。

宋代多次进行大规模恒星位置测量，其中景佑、皇佑、元丰年间的观测留下了测量结果，是研究中国古代恒星测量的重要资料，如 著名的苏州石刻天文图 (下图)。

元至元四年， 回族天文学家 扎马鲁丁进《万年历》，并进献出七种阿拉伯天文仪器，有浑天仪、方位仪、晷影仪、平纬仪、天球仪、地球仪和星盘等。至元十三年，郭守敬等制成天文仪器十三件，其中简仪 (下图)、仰仪、高表、窥几、景符、等都是重大的发明创造。

（郭守敬）　　　　　　　　　（ 简仪）

明初，洪武十八年（ 1385） 在南京鸡鸣山建观象台，将元大都（今北京）天文台古仪迁到南京使用。 正统七年（ 1442） 在北京齐化门城墙上建立观象台，复制了元代遗留下来的浑仪、简仪置于台上。 (下图)

明代远洋航行成就突出， 郑和率船队七次下西洋，航行中使用天文定向和定位的航海图载于明茅元仪编《武备志》内。此后天文学有所禁。

从万历年间不断有传教士来华起，西方天文学知识逐渐传向中国。如 1583年意大利耶稣会传教士利玛窦 来华，著作由李之藻笔录，著有《浑盖通天图说》、《经天该》、《乾坤体义》等。中国古代天文学至近代已落后于西方 , 传统天文学体系缓慢变化为近代天文学体系。

2、 历法制定

历法是中国古代天文学的最主要组成部分。 我国天文历法之多为世界第一，为追求与天象观测更为符合 ,前后共制有100多种历法。

《尧典》中曾记述了人们采用的“期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁”的初始历法，是我国古代长期使用的阴阳历的最早记载。 夏代《夏小正》中则有一年中各月份的物候、天象、气象和农事等内容，集物候历、观象授时法和初始历法于一身。

二十四节气经过逐步的发展，到战国时已完备。 它的建立不仅具有天文意义，而且还对古代农业生产有指导作用。

秦统一中国，在全国统一施行颛顼历，以建亥之月（十月）为岁首，年终置闰。 汉代出现了三统历， 第一次明确规定了预推五星位置的方法，这是我国现存第一部完整的历法。东汉时刘洪经过多年研究，完成了乾象历，标志着古代历法体系趋于成熟。

在天文学理论上，汉代主要有“论天三家”，即盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说的代表是《周髀算经》 ，主张天是拱形的，日月星辰绕天穹中央北极运动，其东升西降是因远近所致；浑天说的集大成者是张衡 ，主张浑天如鸡子，地如鸡中黄，天包地浑圆如弹丸、天地乘气而立， 载水而浮；宣夜说的代表人物是东汉时的郄 (qiè) 萌，主张天体在广阔的空间分布，运动是随其自然的。

魏晋时期，东晋虞喜最早发现了岁差现象，即春分点（或冬至点）在恒星间的位置逐年西移。北齐张子信发现了太阳、五星运动的不均匀性。孙吴时葛衡制成了大于人体的空心圆形浑天仪，非常便于人们的观察。

在历法编制上，祖冲之 把岁差应用于其中，编制的大明历取回归年长度为 365.2428日，误差仅46秒。张子信推算出了二十四节气“入气差”的具体数值，这是我国古代对太阳视运动不均匀性现象所作的最早的明确的定量描述。

到隋唐时期天文历法体系已经具备了完善的形态。隋代杰出的天文学家刘焯于604年撰成皇极历，并首创黄道和白道宿度变换。天文学家张胄玄，编成大业历。李淳风编造了麟德历。僧一行在开元十五年编成了大衍历，其内容结构十分严密，成为历法体例的楷模。 此外， 徐昂编撰了宣明历，边冈编撰了崇玄历。在天文资料上，唐代编纂的《开元占经》达 120卷之多，李淳风编纂的《乙巳占》，综合各家之说并参以经传子史及发挥己见写成。

五代时的历法有后晋马重绩调元历，蜀永昌历和正象历，南唐齐政历，后周王处讷明玄历和王朴钦天历等。宋代应天历，引入七曜纪日法。民间研究历法十分活跃，如卫朴编造奉元历，姚舜辅制成纪元历，清代梅文鼎评价说“宋历莫善于纪元”。南宋宁宗庆元五年（ 1199）杨忠辅编制的统天历，又得到梅文鼎更高评价，有宋历“尤莫善于统天”之说。

宋元时代， 天文历法体系发展到高峰。 郭守敬组织了大规模的测地工作，编制的恒星表多达 2500颗。他在1280年完成了授时历，以365.2425日为一年，和当今通用的格里历数值是一样的。 授时历自元及明行用了 360余年，它作为我国古代传统历法发展的高峰，同时也是终结而载入史册。

明清两代，古天文学整体上看开始走向没落。 明初统治者对天文历法采取了极其严厉的政策严重地摧残了民间对天文历法的研究， 从而导致中国天文学发展出现低谷。 明末， 随着西方科技的传播， 以徐光启为首的一批学者崇尚西法，与传教士一起共同编纂了《崇祯历书》，对西法作了系统的介绍和传播。到明清之际，又有王锡阐、梅文鼎等学者，兼通中西之法，如王锡阐编撰的《晓庵新法》则 取中西法之长，融中西法于一炉 。

二、算学

最迟在商代，我国就已采用了十进位制。十进位制的记数法，从现已发现的商代陶文和甲骨文中，可以看到当时已能够用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万等 13个数字， 最大的数字为三万。

殷商时已经有了四则运算，春秋战国时正整数乘法口诀“九九歌”已形成，一直延续至今。 战国时的《墨经》中提出了点、线、方、圆等几何概念的定义。

在计算工具方面，殷商时就发明了“算筹”（如下图）。

以算筹为工具进行的计算叫“筹算”。算盘产生于唐宋时期。明清两代，算盘成为当时工商贸易中不可缺少的工具。  

古代出现了许多有关数学研究的著作，这些书籍记录了历代的数学成就：

《算数书》成书于西汉初年，是传世的中国最早的数学专著，它是 1984 年由考古学家在湖北江陵张家山出土的汉代竹简中发现的。

编纂于西汉末年 《周髀算经》是我国最早的一部算学天文著作。

《九章算术》 ，大约成书于公元1世纪中叶， 在世界数学史上最早提出负数概念及正负数加减法法则。

三国及两晋时期赵爽以“割补原理”的方法，证明了勾股定理； 刘徽运用割圆术求圆周度，以求圆周率 的近似值—— 3927/1250 （ 3.1416 ），并著有《海岛算经》。 祖冲之 ( 著有《缀术》，已失传 )求得了两个用分数表示的圆周率，即355/113（密度）和和22／17（约率）， 得到 3.1415926< π <3.1415927 。

隋唐时期建立了中国数学教育制度，《算经十书》成为专用教材对学生讲授。 隋代刘焯在制订《皇极历》时，在世界上最早创立了等间距二次内插法；唐代僧一行在其《大衍历》中将其发展为不等间距二次内插法；王孝通得到求解三次方程的方法这些成果都处于当时的领先地位。

宋、元时期，贾宪在《黄帝九章算法细草》中提出开任意高次幂的“增乘开方法”；秦九韶在《数书九章》 ( 亦作《数学九章》 ) 共 18 卷 ) 中论述了高次方程的数值解法； 李冶的《测圆海镜》 是首部系统论述“天元术”（一元高次方程）的著作；南宋在《详解九章算法》中用“垛积术”求出几类高阶等差级数之和；元·王恂、郭守敬等制订《授时历》时列出了三次差的内插公式；元·朱世杰著《四元玉鉴》，他把“天元术”推广为“四元术”（四元高次联立方程），并提出消元的解法。 秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰被称为“宋元”四大数学家。

明清两代奉行八股取士，科举考试中大幅度消减数学内容，中国古代数学便开始呈现全面衰退之势。自 16 世纪末开始，来华的西方传教士便将西方一些数学知识传入中国。如数学家徐光启向意大利传教士利玛窦学习西方数学知识，而且他们还合译了《几何原本》的前六卷。

（利玛窦和徐光启）

第二节中医药学

中医药学是中国传统医学理论的瑰宝。 中国古代医药学著作丰富，分科齐全，而且医理独特，形成了完整的理论体系。

一、中医药学简史

春秋战国时期，出现了医和、扁鹊 等名医。

成书于春秋战国时的《黄帝内经》是我国 现存最早，内容丰富的传统医学著作。

东汉张仲景 张仲景 撰著的《伤寒杂病论》，提出了“四诊”、“六经辨证”、“八纲辨证”等辨证施治的原则和方法。以《神农本草经》 为代表，集东汉以前药物学术经验之大成，对历代本草学和方剂学发展有着深远的影响。东汉神医华佗 发明全身麻醉剂“麻沸散”，能成功的实施外科大手术，后世誉称他是“外科学鼻祖”。他还提倡体育运动，首创了模仿五种动物动作的保健操——五禽戏。两汉之间在针灸史上出现一部名著《黄帝明堂经》，即《明堂孔穴针灸治要》，是中国第一部针灸学的腧穴学专著。

魏晋南北朝时期，王叔和的《脉经》是我国现存最早的脉学专著。皇甫谧的《黄帝针灸甲乙经》是我国现有最早的针灸学专著。

（皇甫谧）

葛洪的《肘后救卒方》，是一部急救手册，保存了许多民间验方，有很强的实用性。雷敩所撰《雷公炮炙论》是我国现知药物炮炙的最早专著。

隋代曾编撰《四海类聚方》 2600卷，掇其要300卷，颁行天下。隋·巢元方的《诸病源候论》是我国最早的病源证候学专著。

唐代从中央到地方已形成了较为完整的医学教育体系。唐颁布的《新修本草》，为世界上第一部国家药典性质本草的问世。孙思邈 编写的《千金方》、《千金翼方》等大型方书，代表了当时临床治疗方剂发展的空前盛况，孙思邈后世尊之为药王。蔺道人撰《理伤续断方》，是我国现存最早的骨伤科专著。

两宋时期解剖学史上产生了两部人体解剖学图谱——《欧希范五脏图》 (已知最早的人体解剖学图谱)和《存真图》。法医学的成就有宋慈《洗冤集录》， 是世界上第一部系统的法医学专著。 还曾被译成多种外文，在海外广为流传。

金元时期，医学有四大家，即刘完素、张从正、李杲和朱震亨。

明代，医学理论和实践的创新是医学发展的主流： 吴有性的《温疫论》，首创温病学说，进一步丰富了中医药学体系。 李时珍的《本草纲目》 ，是一部被公认为内容丰富、影响深远的医药学巨著。

缪希雍的《神农本草经疏》是明代影响仅次于《本草纲目》的一部药物学著作。 专题本草著作兰茂著的《滇南本革》，是我国现存内容最丰富的古代地方性本草著作；《普济方》是我国现存最大的一部方书。明代出现了接种人痘以预防天花的方法， 免疫治疗法上有重大突破，这一发明直接启发了 18世纪英国人 琴纳 对牛痘接种法的发现。

清代的温病学说形成完整的理论体系，叶天士、薛生白、吴鞠通、王孟英是温病学派成熟阶段的杰出代表，故有人称他们为“温病四大家”。

二、中医理论学说举要

1、 藏象说

藏象说，就是通过对人体生理、病理现象的观察，研究人体各个脏腑的生理功能、病理变化极其相互关系的学说。

（脏腑图）

2、经 络 说

经络是运行全身气血、联络脏腑肢节，沟通上下内外的通路。正常生理情况下，经络有运行气血，感应传导的作用，而在发生病变情况下，经络就成为传递病邪和反映病变的途径。 在现代医学中，经络系统之谜，尚未解开。但这一学说对于中医学的长期临床实践，确实起到了重要的指导作用。

3、 精气说

精气学说是对中医影响最大的中国古代哲学之一。精气乃气中之精粹，是生命产生的本原；气运动不息，变化不止；气是天、地、万物之间的中介；天地之精气化生为人，天地之精气是构成人体的基本物质。

三、 中医理论的基本特点

1、 整体观念

中医认为人体是一个有机整体，脏器、组织、器官在生理上相互联系，保持协调平衡。正常的生理活动一方面要靠脏腑组织发挥自己的功能，另一方面又要靠它们之间相辅相成的协同作用和相反相成的制约作用，才能维持生理平衡。人体各个部分是以五脏为中心，通过经络系统有机地联系起来，构成一个表里相联，上下沟通，协调共济、井然有序的统一整体。

2、辨证论治

人要主动地适应环境。在治疗上，因时、因地、因人制宜，也就成为重要原则。

辨证，就是将四诊（望、闻、问、切）所收集的资料、症状、体征，通过分析、综合，判断为某种证。论治，就是确定相应的治疗方法。 “同病异治、异病同治”。

第三节四大发明

一、火药

炼丹家在炼丹过程中，逐渐发现点燃硝石、硫磺、木炭的混合物就会发生剧烈的燃烧、爆炸。

火药的发明至迟在唐朝，唐朝末年已能生产火炮和火箭。 北宋时制成了火箭、火球、火羡黎等武器。南宋时 (1259年)发明的“突火枪” ， 即近代枪炮的雏形。 明代以后发展出手榴弹、地雷、水雷、定时炸弹、子母炮等新型火药兵器 ,火箭已有了多种类型。 十三世纪以后，火药传入欧洲。火药在欧洲近代政治和商业发展史上发挥了极大的威力。

二、造纸术

在造纸术之前，商代用甲骨，西周用青铜器，春秋时用竹简、木牍、缣帛作为记事材料。 元兴元年 (105 年 ) 蔡伦在前代造纸的基础上，和工匠们共同努力，制成了质地坚韧造价便宜的纸张。

自此以后，纸张开始取代了竹帛， 很快在国内推广，使“天下咸称蔡侯纸” （《后汉书·蔡伦传》）。

自公元六世纪起，造纸术开始向东南亚家流传，公元八世纪传到了中东阿拉伯国家，公元十二世纪传入欧洲，但直到公元十六世纪，欧洲人才普遍用纸，这时离蔡伦发明造纸已经一千多年了。

三、印刷术

活字印刷 是在北宋庆历年间由平民毕昇 发明的。据《梦溪笔谈》的记载，毕昇以胶泥刻字，一字一枚，火烧使之坚硬，存于木格之中。印刷时，以一铁板，上面敷以松脂、蜡、纸灰等物，用铁框框住，然后照书稿将一个个活字检排于铁框之中，放置火上加热，待铁板上的混和物稍熔，以平板压平、冷却后便可印刷。

公元八世纪时，雕版印刷书传入日本， 经丝绸之路传入伊朗、阿拉伯，后传入欧洲， 成为人类共享的文明成果。印刷术的发明，带来了我国明清文化的繁荣，促进了欧洲的宗教改革运动，推动了世界各国思想文化的交流。

四、指南针

我国早在战国时期就发现了磁石指示南北方向的现象，制成了最初的指南针——司南。 用磁石琢成的勺子 ,底部圆滑,放在铜盘上,勺柄即能指出南北方向,这大概是最早的磁性指示方向器。

宋代出现的“指南鱼”则以薄铁片剪成鱼形 ,经人工磁化成永久磁铁,平飘水上以指示方向。稍后又发明了磁石磨针而制成真正意义上的指南针。 沈括《梦溪笔谈》中记载了四种不同装置指南针的方法，即水浮法、缕悬法、指爪法和碗唇法。

水浮法 缕悬法

到北宋末年（公元 12世纪初），指南针 传入阿拉伯国家和欧洲， 已被用于航海贸易。 明嘉靖年间，旱罗盘开始取代了水罗盘，克服了水罗盘游荡不定的缺陷，更适于航海。

其实古代科技成就几乎遍及科技领域的各个分支，从数学、物理、化学、天文、地理、生物以及医学等学科，到建筑、冶金、纺织、机械、造船、航海、造纸、印刷、陶瓷等技术领域，无不有着相当突出的成就，而令举世所赞叹。

第四节古代科技的特点

一、中国古代科技的特点

1、 价值的实用性

中国古代数学是典型的应用型和经验型的。 数学史上最有影响的算学经典《九章算术》是一本解决 246个实际问题的应用题集。 著作的名字就叫九章算“术”，对公式的推导或证明被认为是不重要的， 没有加以很好的抽象、提高，理性化的程度远远不够。

中国古代天文学十分发达，但基本上是为历法服务的。古代天文学非常重视对日月五星的观测，以及对大地的测量，但却没有关于观察的系统理论从中产生。

2、思维的整体性

这是中国古代科技又一个重要特征。 古代传统哲学 “天人合一”的思想强调人和自然的统一而忽视其对立，影响到传统的思维方式，使传统的思维方式不注意区别主观与客观，我与非我，而强调整体，以人和自然为一个和谐的整体。亦即庄子所说的：“天地与我并生，万物与我为一。”

中国古代科技中数学、天文学、中医学思想十分发达，但就思维方式而言，都被置于“天人合一”的思想框架之中。例如中医学根据“天人合一”思想提出了“天气下降，地气上升”，而人体则是“心火下降，肾水蒸腾”，同时十分强调整体，主张从整体角度（包括对人体的整体考查以及人身生存环境考查）去治疗病症。

3、阐述的神秘性

中国传统科技往往与神秘的义理混杂在一起，科技术语常与神秘哲学的道、气、理、玄、阴阳、五行相联系。如《周易》“一阴一阳之谓道”和《老子》“万物负阴而抱阳”的辩正思维。 中国人的自然观和生命观是同“气”紧密联系在一起的。 另外化学中的阴阳很难说明，中医中的经络、丹田也难以考证。这样，科技陷于迷雾中，难以得见真面目。

二、中国近代科技发展迟滞的原因

1、 科技自身的缺陷

(1) 重实用，轻理论

中国古代除了医学之外，其它领域都缺乏系统的科学基础和理论建树，因而很难获得长足的进步。比如天文学，古代人观测天象，主要是应用于政治需要或者王朝的更替，而一直未能进入哲理推理和科学抽象的殿堂； 农学 ,大体上都是各种农业生产具体经验的记载，很少有理论的概括和总结；数学始终是以计算见长,注重解释实际问题,理论性的研究相当薄弱。

(2) 重印象，轻分析

古代哲学则从来是重人事，轻自然，长伦理而忽视逻辑。如儒、道两家都是强调内心的追求，对外界采取消极的态度。古代哲学把人民的高度思维能力引向了“穷天理，明人伦，讲圣言，通世故”的途径。 中国传统科学的辩证思维方式，使中国古代科学家在认识客观事物时，满足于通过直觉得到总体印象，而不习惯于作周密的、详细的分析。

(3) 传统观念束缚

传统观念重政轻技。 对仕途的关心大大超过了对科学的爱好 。很多科学巨著无人理睬，甚至成为绝版。如《九章算术》在北宋以后，其术已不传，至明朝时己无人知晓，倒是传到日本和朝鲜的此书，一直被用来作为教科书而代代流传。明末宋应星著的《天工开物》，因与功名无关而很快失传，在日本却发展成为“天工学”，用以指导他们的科技发展。

(4)实际应用不足

我国有许多举世闻名的重要发明因为在生产中得不到广泛应用，只能长期保持着它的原始形态或被引入歧途。例如，中国失蜡铸造技术发明很早，铸造开元通宝已经使用蜡模，宋代赵希鹄还详细记述了失蜡法铸造工艺。但由于生产发展水平低，这样高精度的制造技术竟未能用到生产中去，而是用来为统治阶级的奢侈生活和统治权威服务。

(5)传授途经狭窄

中国古代科学技术往往具有 保守性和排他性 。 如医学中的祖传秘方绝不外传，制造工艺方面的先进技术、先进操作方法当作绝技只传给他们的子孙，就是师傅教徒弟也都要留一手。

2、封建制度的扼制

(1)小农经济的落后

单一农业经济的影响下，从事科学研究的人常把注意力集中 到农学以及和农业有关的问题上来，削弱了对其它学科领域的探讨。自然经济把广大农民终身限制在小块土地上，和外界老死不相往来，难于接受新事物，难于受到社会潮流的影响，思想上极易产生满足心理，他们只希望经济上能自给自足，别无更多的奢求。

(2) 科举制度限制知识分子创造力的发挥（动画：书生）

隋代以后统治者利用科举取士来箝制知识分子 ,推行文化专制主义。而且这种严厉的统治到封建社会晚期的明清时代愈演愈烈。 八股文取士制度成了扼杀人才的精神武器，造就了一批思想畸形的土人。明、 清的“文字狱”则更禁锢了知识分子的思想，使中国科技的发展失去了客观条件。

(3) 统治者直接限制科技的发展

朱元璋曾以“无益害有益”的罪名砸碎了元代留传下来的自动宫漏定时器。 李时珍花了整整 27年时间，完成了《本草纲目》，没想到献给朝廷后，明神宗只批了“书留览，礼部知道”的字样就被束之高阁了。 雍正皇帝一上台，就宣布禁绝西学；乾隆皇帝对英王愿意提供技术人才的回答是“从不贵奇巧”。 同时 愈演愈烈的文字狱，对于古代科学的发展，带来了极其严重的恶果。闭关锁国政策， 既使中国失去了外贸主动权，更隔绝了中外文化的交流。

【同步参考】 中国古代科技成就 .pdf

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