03.04 为什么有人说人类永远走不出银河系?

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为什么有人说人类永远走不出银河系?其实这是一种基于现实科技水平的悲观性论断,的确从目前情况看,我们人类是不可能又出去银河系的,因为银河系太大了。



银河系属于棒旋星系,由恒星、行星、卫星、小行星、彗星、星云等组成,直径有16万光年。银河系里有数不清的恒星系统,每个恒星系统中心存在着一个恒星,也就是我们看到夜空中的星星,数量大约有4000亿颗。我们的太阳就是其中的一员,太阳系处在银河系的猎户座悬臂上,距离银河系中心2.5万光年,围绕着银河系中心旋转,速度高达220公里每秒,虽然速度很快,但2亿多年才会完成绕中心完成一圈。


我们人类现在对于宇宙的探索才刚刚起步,而载人航天最远也只是到达了距离地球38万公里的月球。上世纪70年代初发射的无人探测器“先驱者”10号、70年代末发射的“旅行者1号”都经过了40多年的运行,目前还都没有飞出太阳系,经初步计算,由于它们的旅行速度都超过了第三宇宙速度,是可以“逃逸”出太阳系的,但这个时间少说也得再需要上万年之久。

(旅行者1号探测器)

如果按照现在探测器的速度,要想从目前太阳系的位置向外走出银河系,至少需要9700万年,所以制约人类走出银河系的就是时间,而之所以需要这么长的时间,主要原因在于飞得太慢了,这还是建立在用无人探测器的速度来计算的,如果要是载人的话,各种生命支持系统必须要完备、各种补给也要历时,会进一步加大飞行载荷,依靠现有的能量供给模式,显然需要的时间更长。

但是也不能一棍子打死,毕竟人类的近现代科技发展才几百年,就取得了如此成就,对于未来科技的爆发时间段以及推动科技水平提升的动力能有多么强大,现在很难估计。我们现在正在进行的可控核聚变技术研发,就是一个可以改变能源供给模式,离我们最近、也是最有希望实现的技术突破,届时再依靠更加强大的发动机引擎技术,将会给我们的太空之旅一个明显的”加速”,我们探索太阳系的步伐会明显加快。但要是走出银河系,还是远远不够,需要我们的后代继续努力,创造出更加有效、更加节约时间的“旅行”模式。


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银河系,一个巨大的天体系统,最少由2000亿颗恒星组成,其直径长达16万光年。我们的太阳系就位于银河系的猎户臂上,距离银心大约2.6万光年。

在太阳系中太阳带领着地球以及众多天体以每秒250千米的速度围绕银河系中心旋转,旋转一周需要2.2亿年。那么如此巨大的范围,人类能不能走出银河系,飞向更遥远的星空呢?



虽然目前人类飞行最远的人造物体,旅行者一号已经飞到了距离地球211亿公里外的星际空间,但是对于浩瀚的宇宙空间来说旅行者一号仅仅飞了20个光时,飞出太阳系的范围将需要上万年的时间。


而银河系厚度大约是3000光年,如果垂直向上飞,以我们目前依靠的化学动力火箭也是不可能离开银河系的,就算离开银河系也要达到第四宇宙速度,就是120公里每秒才能摆脱银河系的引力束缚。所以达到第四宇宙速度也需要几百万年。显然对于人类寿命只有几十年的时间而言,这是最致命的问题。

不过,如果能够接近光速飞行才有机会离开银河系,根据爱因斯坦的钟慢尺缩效应认为,当物体的运动速度越快时间会越慢,当达到光速时间会趋势与0,那么接近光速时间会非常的缓慢,3000光年或许仅要几年的时间。



然而亚光速要巨大的能量来支撑,人体根本承受不住这样的速度,因此穿越光年距离只能通过爱因斯坦罗森桥来实现了,也就是虫洞。看过星际穿越的朋友都知道,虫洞是将两个不同时空进行折叠,通过隧道来到达星际旅行,这样就不需要提高速速飞行来离开银河系了。


不过遗憾的是,目前为止科学家对虫洞理论还一无所知。


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银河系厚度3000光年,而人类目前还没有跨越1光天的距离,所以从目前的人类科技水平来看,人类的确无法走出银河系,不过科技是不断发展的,走出银河系并非没有一点可能。

人类目前飞的最远的飞行器是旅行者1号,飞出了220亿公里,信号传递回来就需要十几二十个小时,但是仍不足光一天飞行的距离(约260亿公里),旅行者1号尽管是几十年前的东西,可直到现在人类的航天技术也还没有颠覆性的突破,仍是靠化学能源推动,这种方式无法使飞船获得光速的千分之一,速度顶多是旅行者1号的几倍到十几倍,而太阳系、银河系没别的,就是大,都是以光年计算,如果不能突破现有的推进方式,飞出太阳系都是奢望,需要数千数万年时间才能出太阳系,飞出银河系那是想都不用想的事情,近乎妄想。悲观地看待人类科技的发展,就会得到人类永远也走不出银河系的观点,然而人类的优点是一直未曾停止探索,随着对宇宙探索的不断增加,将能认识到更多的宇宙现象,也能不断地提升自己的科技实力,没准就能找到离开银河系的方法。

任何时候的科技都有时代的限制,二战德国有很多开创性的设想,可那时候由于材料、能源等方面的不足,不足以支撑设想成为现实,可现在那时候的很多设想都已经成为了现实;10年前我们还在用着土鳖的直板机,一个用几年,现在每一年都有很多新手机产品出现,而且通信的质量和其他功能的发展也很快,用日新月异形容也不算夸张。在理论上,有冲动等特殊的宇宙现象,可以沟通两片星域,使飞行的距离大大缩短,如果能找到虫洞,就能用短得多的时间飞出银河系,不过也需要人类自身的科技实力有较大的发展,至少要抛弃现有的化学能源,比如用可控核聚变为能源,以曲率引擎为推进器,而可控核聚变目前已经看到了一些曙光,我国实现了5000万℃的百秒运行,可能在未来几十年人类就能用上可控核聚变产生的无限且清洁的能源。

以发展的眼光看问题,飞出太阳系乃至银河系只是个时间问题,不过这个时间跨度可能会非常大,至少我们是看不到人类飞行器飞出银河系的壮举,飞出太阳系倒是有一丝丝可能,霍金站台提出的“突破射星计划”就想建设激光矩阵,制造微型航天器,利用激光矩阵将探测器加速到光速的20%左右,就可以实现在几十年内到达4光年外的半人马三星系统。


来看世界呀


为什么有人说人类永远走不出银河系?

51年前,我们人类就已经登上了月球,在不久的将来,遥远的火星上也将出现人类的脚印,人类发射的两个“旅行者号”探测器更是早就冲出了太阳风的影响范围,这一切都使人感觉到,人类的科技在不断地进步,只要假以时日,人类要走出银河系似乎也不是太难。

然而事实却并不是这样,在对银河系有了一定的了解之后,你就会发现,银河系就像一个牢笼,人类深陷其中,很可能永远都逃不出去。那么为什么说人类永远走不出银河系呢?我们先来看一张图。

上图分为4个部分,第1部分显示的是以木星轨道为界的太阳系中心地带,其内包括水星、金星、地球、火星以及位于木星与火星之间的小行星带,第2部分加上了土星、天王星、海王星以及冥王星,也就是我们熟悉的“太阳系全家福”,在最外围的紫色轨道上运行的是冥王星。

第3部分显示了小行星塞德娜(Sedna)的运行轨道(图中的红色轨道),这是迄今为止已确定的距离太阳最远的小天体,其近日点距离太阳76个天文单位(注:一个天文单位等于太阳和地球的平均距离),而远日点则在937个天文单位之外。

第4部分就是由奥尔特云(Oort Cloud)包裹着的整个太阳系了,奥尔特云是一团直径约为2光年的球体云团,是太阳系真正的边缘地带,飞出这个范围,太阳引力的影响基本上就可以忽略不计了。

看到这里,相信大家已经对太阳系的真实大小有了非常直观的认识,也可以看到,以我们人类目前的实力,基本上就只能在第1部分的红色圈圈(火星轨道)里面折腾,而就算是目前飞得最远的“旅行者一号”(距离太阳大约141个天文单位),也远远没有飞出第3部分的范围,更不用说第4部分的广阔空间了。

因此可以说,在现在以及未来的相当长的一段时间里,人类想要飞出太阳系都是一件非常艰难的事。然而科学家对宇宙的观测数据却告诉我们,银河系拥有2000至4000亿个类似太阳系的恒星系,并且这些恒星系之间的距离相当的遥远,比如说离太阳系最近的恒星——比邻星,与我们之间的距离也高达4.22光年。

在银河系里平均每200立方光年才有一个恒星系,银河系的宽广可想而知。就算人类掌握了期待以久的可控核聚变,并从此获得了几乎源源不绝的能量,也只能在银河中像蜗牛一样旅行(理论上来讲,核聚变飞船的速度最高只能达到光速的15%左右)。

进一步讲,即使人类的科技忽然打通了“任督二脉”,拥有了我们现在无法理解的光速飞行技术,那也无法征服如此宽阔的空间。为什么这么说呢?要知道银河本身的直径就超过了10万光年,以光速飞行的话,我们从地球飞到银河系边缘都需要好几万年的时间,而距离银河系最近的河外星系——大麦哲伦星云,更是远在16.3万光年之外。

(上图为大麦哲伦星云)

顺便讲一下,在距离银河系更近的地方,其实还存在着两个矮星系,即大犬座矮星系和人马座矮星系,但严格地讲,它们都在银河系的引力范围之内,因此我们可以认为它们算不上银河系以外的河外星系。

这样看上去,人类想要飞出银河系,就必须指望着更高级的科技,比如说曲率引擎、虫洞技术等等,但这些虚无缥缈的科技真的可能实现吗?很遗憾地告诉你,这些都是根据相关理论所作出的猜想,目前根本没有任何的实验能够证实其可行性,因此可以说,在可预见的未来里,这些“八字还没有一撇”的技术,人类都不可能将它们变成现实。


事实就是这样,人类的征途是星辰大海,但冰冷的宇宙却将银河系“打造”成了一个牢笼,人类深陷其中,很可能永远都走不出去。未来的人类将何去何从?也许我们永远都得不到答案。


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魅力科学君


在未来是完全有可能的,不过在现今科学理论下,人类离开银河系的成本实在太高了,除非物理学来一次全新的革命。目前人类已经探明,我们银河系的直径大约有20万光年,人类的探测器克服太阳引力后,速度最快的是旅行者一号,速度达17km/s,但还是远远达不到银河系的逃逸速度。 据估计,在太阳系位置,银河系的逃逸速度大约为110~120km/s,人类目前的技术,还达不到如此高的发射速度;就算达到了逃逸速度,从地球飞出银河系也需要2亿年的时间,这样的时间成本太高了。目前科学中的两大基础理论,是量子力学和相对论,相对论存在光速限制,这条定律大大限制了人类对宇宙的探索;人类要想走出银河系,必须得突破光速限制,这需要基础物理学来一次革命才行。

就如当初经典力学被推翻一样,才有高铁飞机,代替了原来的蒸汽火车理论上飞出银河系是可行的,只是需要发展全新的空间推进技术,比如曲速推进器,或者利用相对论虫洞,就可以在短时间内跨越数万光年的距离:(1)曲速推进器:空间膨胀不受光速限制,所以科学家提出,把飞船前方的空间压缩,然后再飞船后方膨胀恢复原样,就可以推动飞船前进,而且不受光速限制;

(2)虫洞:又称爱因斯坦-罗森桥,连通遥远两地的狭窄通道,穿过虫洞的物体,可以实现空间跳跃,在一瞬间穿越到数万光年外,走出银河系就不再是难事。






临客唐


银河系是由恒星聚集形成的一个聚合体,主要成员就是恒星,银河系属于棒旋星系,在中心核球的两端延伸出主要由气体尘埃和恒星构成的旋臂,恒星主要都聚集在两条旋臂之上,而另外两条尚未完全形成。太阳系就是位于银河系的猎户臂上,这里是恒星的聚集区。

银河系最新数据直径20万光年,中心核球厚度大约1.2万光年,太阳系就位于距离银心大约2.6万光年的猎户臂上,正在以每秒大约250公里的速度绕银心运动,2.5亿年完成一个周期运动,太阳系形成至今绕银河系转动不到20圈。


说完银河系我们再来看一下太阳系的结构,太阳系作为一个恒星系主要以太阳为核心,之后是八大行星,而小行星带穿插其中。外层是柯伊伯带,主要是一些矮行星、小行星以及其它天体碎片等。在柯伊伯带外层有一个假想中的空间结构,被称为奥尔特云。奥尔特云被认为是长周期彗星的故乡,那里有着大量的太阳系形成初期的天体碎片。奥尔特云的直径大约是2光年,这个范围也就是太阳系的范围,这是按照太阳引力作用来确定太阳系大小的。


目前人类的科技已经实现了飞出地球,最远的足迹已经到了38万公里之外的月球,最远的探测器是旅行者一号,它已经飞到了220亿公里之外。旅行者一号是NASA1977年发射,用来探测土星、木星及其卫星的,任务结束后将继续向太阳系外飞行。目前它的速度已经超过了所在位置的第三宇宙速度,最终是可以飞出太阳系的。但是按照旅行者一号的速度大约需要17600年能飞出太阳系,之后会和太阳肩并肩绕着银心运动。


人类如果按照常规的办法连太阳系都很难飞出去,因为探测器不承载人,质量体积都可以很小。但如果是人类想要飞出太阳系,那么就需要维生系统非常好的宇宙飞船,目前的动力形式是没有办法实现的。至少也要等到彻底掌握了可控核聚变技术,这只是第一步让能量“源源不断”,第二步就是尽可能地加速,但是理论在那限制着,有静止质量的物质达不到光速,这才是硬伤。即使光速飞行都需要几万年才能飞出银河系。



当然还有一个好处就是超高速运动带来的时间膨胀效应,弥补了人类个体寿命的不足,很可能都不需要花费100年时间就可以飞出银河系,但是外界的时间流逝可能已经过去了几万年几十万年。最好的办法应该是曲率驱动可以达到光速甚至超光速运动,不然就是发现广义相对论预言的虫洞,穿过虫洞直接实现来到银河系之外的目的。


但是按照人类目前的发展,只有可控核聚变有机会实现,而曲率驱动和虫洞目前来看只是科幻,现实生活中是不能指望的。所以说人类要想飞出银河系真的是太难了,况且也没有任何的意义,因为银河系内有2000多亿颗恒星,足够人类文明来折腾了!



科学黑洞


38万公里之外的月球是人类目前去过最远的地方。随着宇航科技的发展,人类在宇宙中能飞多远?我们在未来可以飞出银河系吗?为什么有人会说人类永远无法飞出银河系呢?

探索宇宙,飞向星辰大海,这一直是人类美好的愿望。但宇宙实在太大了,人类或许会被限制在银河系中,很难在宇宙中飞得更远。

目前,人类只能依靠化学燃料作为宇宙飞船的动力来源。但化学燃料的效率非常低,一枚火箭的90%质量都被化学燃料所占用,最终也只能让小小的宇宙飞船加速到每秒十几公里的速度。虽然这个速度可以让宇宙飞船飞出太阳系,但却要耗费极为漫长的时间。

旅行者1号以17公里/秒的速度飞向星际空间,等它飞出太阳系时,已是1.8万年之后。这还只是半径1光年的太阳系,考虑到银河系盘面的直径至少为10万光年,就连银盘的厚度都有2000光年,秒速十几公里在浩瀚的宇宙中犹如蜗牛爬行。

事实上,如果没有持续的动力,每秒十几公里的速度根本飞不出银河系,这是因为第四宇宙速度高达550公里/秒。也就是说,包括旅行者1号在内的任何一艘宇宙飞船都无法飞出银河系。

然而,即便未来通过核能可以让宇宙飞船的速度加速到第四宇宙速度,飞出银河系的时间仍然至少需要几百万年,这样的星际旅行对于寿命只有百来年的人类而言根本不现实。当然,有些人可能会想到通过低温冷冻进行冬眠,但飞船上需要持续提供几百万年的能量,这是不现实的。而且离开银河系之间,星系际空间非常广阔,去往其他星系需要更长的时间。

因此,为了实现星系际旅行,需要解决时间的问题。根据相对论,时间在运动参照系中流逝更慢,通过时间膨胀效应,星系际旅行是有可能实现的。

通过计算可知,如果宇宙飞船的速度能够达到光速的99.999999999992%,飞到250万光年外的仙女座星系只需1年的时间。但对于地球上的人来说,宇宙飞船需要大约250万年的时间才能飞抵仙女座星系。

不过,这只是理想的情况,因为让宇宙飞船在短时间内加速到亚光速的状态,需要非常大的加速度,这是人体所无法承受的。

我们在地球上长期受到1g的重力,我们已经习惯了1g加速度的环境。因此,如果能让宇宙飞船一直以1g的加速度飞行,长期的太空旅行是可以承受的,而且这样也能实现星系际旅行。

通过计算可知,如果宇宙飞船以1g加速度持续加速125万光年,然后再以相同大小的加速度持续减速125万光年,这样宇宙飞船只要大约29年的时间就能飞抵仙女座星系。在这种情况下,结合冬眠技术,星系际穿越是可行的。

除此之外,更为高效的方法是通过虫洞。广义相对论预言,穿过虫洞,我们可以去往任意想去的地方。


火星一号


遇事不决,量子力学,量子君来回答这个问题。

只能说,以目前人类的太空飞行技术,看起来是没有走出银河系的希望。可我们还是要有梦想,寄希望于人类航天技术飞越的未来。

银河系是我们太阳系所在的巨大星系,由上千亿颗太阳这样的恒星组成,据我国郭守敬巡天望远镜的观测,银河系的直径约为20万光年。也就是想要穿越银河系,即使是以光速,也需要20万年。从上图可以看到,太阳系在银河系中的位置,太阳和它的行星小伙伴们绕着银河中心运行,每一周期所需时间约为2亿年。

对于以万光年计算的距离,以光速都要飞行数万年,这对人类来说,简直无法想象。目前人类发射的旅行者系列飞船是地球上发射最快的飞船,也只能以光速万分之一的速度飞行。想要到达离我们最近的恒星,也需要4万年的时间,想要跨越具有千亿颗恒星的银河系,目前确实是天方夜谭。

人类的航天技术也在不断精进,目前可以期望的是未来百年内,通过核聚变实现光速十分之一的速度,这样只需要几十年,就可以到达半人马座恒星。至于更高速的飞行,就只能是存在于理论之中了,也许人类通过上万年的科技发展,能够达到接近光速的航行,但这对银河系以万光年计算的尺度来讲,也是难以跨越。

上面讲了,即使是人类实现了接近光速的航行,面对银河系的浩渺,也需要万年的飞行时间,这听起来也很可怕。路途太远,只能找出捷径,抄近路。好在爱因斯坦提出有虫洞一说,这种可以连接太空中遥远地点的假想通道称为“爱因斯坦-罗森桥”,被各种科幻作品广泛引用,透过虫洞,人类可以实现太空中的瞬间移动。

但虫洞目前只是爱因斯坦理论上的预言,是否存在,如何启动虫洞,人类都还一无所知。但考虑到爱因斯坦预言的引力波,黑洞,最近都不断在实验所验证,我们就深信爱因斯坦的虫洞早晚也可以实现吧。


量子实验室


人们这么说当然是表示出了对于银河系太大而人类太渺小的感叹以及对于人类未来科技发展的信心不足而已。

银河系的确很大,以前科学家说银河系的直径为10万光年,但是最新的观测数据表明,银河系可能比我们之前测得的要大,大了一倍,银河系最新的直径是20万光年。20万光年到底有多么遥远?这么跟你说吧,先说说一光年有多远,一光年根据计算也就是9460亿千米,而地球的平均半径是6371千米,也就是说如果你围绕着地球的赤道转圈的话,那么走完一光年的距离,得绕地球走2364万圈!



一光年就如此之远,更不要说再加上一个万字,那又是乘了一万倍的距离,有人说其实一光年和一万光年没有区别,是的,反正现阶段人类连走出一光年都得需要上万年的时间,更不要说走一万光年的距离了,反正都是走不到这么远,所以一光年和一万光年又有什么区别呢?就现阶段的科技水平来说,我们真的有不出银河系,而且就不说银河系了,哪怕是半径只有1光年的太阳系,我们也走不出去!


那么人类还有机会飞出银河系吗?我觉得人类有这个机会!每当人类以为物理学的发展已经到头了的时候,往往就是新的颠覆性理论问世的时候,上世纪初,开尔文在一次物理学会议上说到,物理的大厦已经基本建成了,以后的人们只需要做一些修饰的工作就可以了,但是他也说到在物理学的上空漂浮着两朵乌云,一朵是出现在光的波动理论上,而另外一朵出现在关于能量均布的麦克斯韦—玻尔兹曼理论上。然而没过几年,相对论和量子力学就相继从两朵乌云中降落下来,时至今日,这两个理论也没有被人研究清楚。


而相对论和量子力学的诞生对于现代物理学来说是颠覆性的成果,相对论打破了绝对时空观的概念,而量子力学则将人类带进了细致到极致的微观量子世界,很难说人类会不会在接下来的某个阶段又开创出新的颠覆性理论。而目前看来,就以现有的理论,飞出银河系也不是天方夜谭。爱因斯坦的相对论为我们提供了多种飞出银河系的可能性,只是目前还停留在理论阶段,而假以时日,相信理论也会变成实实在在的应用。

银河系动不动就是万光年级别的跨度,这种跨度用传统的动力推进当然是不行的,所以在上个世纪就有科学家提出了曲率引擎和曲速引擎的概念,曲速引擎是在飞船的周围制造一个时空泡,使得飞船能够以光速的数倍飞行,而又不带来时空膨胀的问题,而曲率引擎跟曲速引擎的不同之处在于曲率引擎是将周围的空间进行移动从而达到在时空中转移的目的,然而这种引擎需要一种负能量来驱动,并且它会带来时空膨胀效应,目前看来,还是曲速引擎实现的可能性比较大。另外,如果能够找到虫洞的话,那么无非是找到了一个通往外星系的捷径。



镜像科普


我们叫人类,家乡是地球,假如哪天走出了太阳系,我们就需要改口称太阳系是自己家乡了,如果哪天走出了银河系,那银河系就是咱们的家乡,因为走的地方多了,去的地方大了,不把地名说得响亮一些,恐怕那些外星文明还得管我们叫土包子呢。

走出了家门,咱们需先知道自己的家乡有多大吧,咱们的地球位于太阳系中,太阳带着弟兄几个一起绕着银核公转,每秒钟可以走250公里,这一圈下来需要2.5亿年。咱们这里距离银心有2.6万光年之遥,意思就是说,从地球这里发出去一道光,需要经历2.6万个地球年,才可以抵达银心,以此看来,我们好像离市中心是远了些。

银河系的直径有20万光年之巨,包含2500亿-4000亿颗恒星,太阳只是其中普通的一颗,没有什么出奇的地方。假如我们以旅行者一号如今的速度,从银河系东头跑到西头,需要花费35亿年,35亿年,这是个天文数字,就连宇宙的年龄也只有138亿年而已呀,看来,旅行者一号17公里每秒的速度还是太慢了,不!是相当相当慢。

那怎么办?

好办啊,造更快的飞船呗,还能咋个办?有网友说,你看《星际迷航》、《星球大战》中的飞船多么厉害,只需几秒钟就可以从星系的一头跑到另一头,他们都可以在邻近的多个星系间走亲戚、拜访友人呢。厉害还是非常厉害的,但是以目前人类的科学水平来看,那些科技还不知道何时会实现呢,也许不可能实现,也许三五百年之后就会实现,这哪能说得准。

在科幻领域,FTL推进一直被科幻迷们津津乐道,FTL推进其实就是超光速引擎,当然了这种超光速引擎并不违背爱因斯坦的相对论,因为它并不是单纯的靠加速来超光速,而是利用了诸如虫洞、超空间跃迁、曲速、折叠空间等办法来实现,最牛的时候可以瞬时抵达,厉害得紧啊!

说到这里其实应该知道了,如果在推进系统上没有突破,人类文明甚至连离开太阳系都极为艰难,更不用说银河系了,但是如果一旦在推进系统上有重要突破,那么飞出银河系就指日可待了。从这方面来看,题目说的不无道理啊,还是相当具有挑战性的,成则飞向更大的宇宙,获得更多的发展机会,败则困在太阳系中,在地球上养老。


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