詹姆斯克拉克麦克斯韦.docx
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詹姆斯克拉克麦克斯韦
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国、。
的开创人，的奠基人之一。
科学史上，称把天上和地上的运动规律统一路来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一路来，是实现第二次大综合，因此应与齐名。
1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《》以后的一部最重要的物理学经典。
麦克斯韦被普遍以为是对二十世纪最有阻碍力的十九世纪物理学家。
没有就没有现代，也就不可能有现代文明。
简介
JamesClerkMaxwell公元1831～公元1879
詹姆斯·克拉克·是伟大的，经典的开创人。
1831年生于。
他的智力发育额外早，年仅十五岁时，就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。
他就读于，毕业于。
他成年时期的大部份光阴是在大学里当，最后是在剑桥大学任教。
他结过婚，妻子名叫凯瑟琳·克拉克·麦克斯韦，但没有小孩。
一样以为麦克斯韦是从到这一整个时期中最伟大的理论物理学家。
1879年他在48岁时因病寿终正寝。
他辉煌的生涯就如此过早地终止了。
麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方式的重要意义直到20世纪来临时才充分表现出来。
但是他没能看到科学革命的发生。
1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世，年仅48岁。
那一年正好诞生。
[1]
人物生平
天才避世
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦1831年6月13日生于古都爱丁堡，麦克斯韦的父亲约翰是一名不随流俗的设计师，他对麦克斯韦的阻碍超级大。
他是教友，但思路开阔，思想灵敏，讲求实际，专门能干。
家里的情形，不分巨细，他都料理得专门好。
修缮衡宇，打扫庭院，给小孩们制做，乃至裁剪，他样样都能胜任。
求学生涯
1847年，麦克斯韦16岁，毕业，进入爱丁堡大学学习。
那个地址是苏格兰的最高学府。
他是班上年纪最小的学生，但考试成绩却老是名列前茅。
他在那个地址专攻数学，而且显示出非凡的才华。
他念书超级用功，但并非死读，在学习之余他仍然写诗，不知知足地读课外书，积存了相当普遍的知识。
在爱丁堡，麦克斯韦取得了攀及第学顶峰所必备的基础训练。
其中两个人对他阻碍最深，一是物理学家和登山家福布斯，一是逻辑学和形而上学教授哈密顿。
是一个实验家，他培育了麦克斯韦对实验技术的浓厚爱好，一个从事理论物理的人很难有这种爱好。
他强制麦克斯韦写作要层次清楚，并把自己对史的爱好传给麦克斯韦。
哈密顿教授那么用广博的阻碍着他，并用超卓的怪异的批评能力刺激麦克斯韦去研究基础问题。
在这些有真才实学的人的阻碍下，加上麦克斯韦个人的天才和尽力，麦克斯韦的学识一天天进步，他用三年时刻就完成了四年的学业，相形之下，爱丁堡大学那个摇篮已经不能知足麦克斯韦的求知欲。
为了进一步深造，1850年，他征得了父亲的同意，离开爱丁堡，到人材辈出的剑桥去求学。
麦克斯韦年轻时的照片
赫兹是德国的一名物理学家。
麦克斯韦的《电磁学通论》发表之时，他只16岁。
在那时的德国，人们仍然固守着牛顿的传统物理学观念，法拉第、麦克斯韦的理论对世界进行了崭新的刻画，可是违抗了传统，因此在等欧洲中心地带毫无立足之地，甚而被当做奇谈怪论。
那时支持电磁理论研究的，只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。
赫兹后来成了赫姆霍茨的学生。
在教师的阻碍下，赫兹对进行了深切的研究，在进行了物理事实的比较后，他确认，麦克斯韦的理论比的“超距理论”更令人信服。
于是他决定用实验来证明这一点。
1886年，赫兹通过反复实验，发明了一种电波环，用这种电波环作了一系列的实验，终于在1888年发觉了人们疑心和期待已久的电磁波。
赫兹的实验发布后，轰动了全世界的科学界，由开辟、麦克斯韦总结的电磁，至此取得了决定性的成功。
麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。
婚姻
1856年4月30日，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦被录用为的马里沙尔学院自然哲学讲座教授。
在阿伯丁，麦克斯韦熟悉了马沙尔学院院长的女儿凯瑟琳·玛丽·迪尤尔（KatherineMaryDewar），凯瑟琳年长麦克斯韦七岁，漂亮，身材比他略高，明朗坦率。
1858年2月18日，他写信给珍妮姨妈，把订亲的情形通知她说：
亲爱的姨妈：
这封信要告知你，我就要有了。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和他的妻子
我没有完全写出她的整个质量，我感觉不适合；但我要告知你的是，咱们彼此需要，而且比我见到过的任何一对伴侣更知心。
不用担忧；
她不是学数学的；可是数学之外还有很多别的情形，而她并非想以数学取胜……因此，你此刻明白她是谁了，她确实是凯瑟琳·玛丽·迪尤尔（迄今为止叫那个名）。
我听罗伯特舅舅谈到（间接地）她的那位院长父亲。
她的母亲是一名上流社会夫人，安静而严谨，却老是以充满忍让的方式对待任何事物……情形确实是如此。
我和她的情形已经定下来了，事事如意。
这些都有保证，你会明白的。
麦克斯韦用诗句抒发了自己对凯瑟琳的情感：
你和我将长相厮守
在生机盎然的春潮里，
我的神灵已经
穿越如此广漠的寰宇？
我这就将我的整个生命
导入这生机盎然的春潮，
麦克斯韦
将真正使三个自我
穿越这世界的广袤
在这首诗中，麦克斯韦真挚地表达了自己的情爱。
1858年7月4日麦克斯韦与凯瑟琳·马丽·迪尤尔（KatherineMaryDewar）（后来改成克拉克·麦克斯韦姓即改成麦克斯韦的姓，取名凯瑟琳·克拉克·麦克斯韦，他们成婚时，她34岁——在已是一个老处女了。
）正式成婚，婚礼在阿伯丁举行。
科学研究
1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。
1850年转入三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。
1856年在阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。
1860年到任自然哲学和教授。
1861年选为伦敦皇家学会会员。
1865年春辞去教职回抵家乡系统地总结他的关于电磁学的研究功效，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版。
1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什实验物理学，负责筹建闻名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任那个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。
巨人长眠
1879年11月5日麦克斯韦寿终正寝。
3要紧研究领域
麦克斯韦要紧从事、、、、、弹性理论方面的
路德维希·玻尔兹曼
研究。
尤其是他成立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一路来，是19世纪物理学进展的最辉煌的功效，是史上最伟大的综合之一。
他预言了的存在。
这种理论预见后来取得了充分的实验验证。
他为物理学树起了一座丰碑。
造福于人类的无线电技术，确实是以电磁场理论为基础进展起来的。
麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了关于电磁学方面的新理论和思想以后，坚信法拉第的新理论包括着真理。
于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方式基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清楚准确的数学形式表示出来。
他在前人成绩的基础上，对整个现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰硕的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：
《论法拉第的力线》（1855年12月至1856年2月）；《论物理的》（1861至1862年）；《电磁场的动力学理论》（1864年12月8日）。
对前人和他自己的工作进行了综合归纳，将电磁场理论用简练、对称、完美形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学要紧基础的。
据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速，同时得出：
光是电磁波的一种形式，揭露了光现象和电磁现象之间的联系。
1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。
麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。
系统、全面、完美地论述了理论。
这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。
在热力学与统计方面麦克斯韦也作出了重要奉献，他是的开创人之一。
1859年他第一次用统计规律得出麦克斯韦速度散布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。
1866年他给出了分子按速度的散布的新推导方式，这种方式是以分析正向和反向碰撞为基础的。
他引入了驰豫时刻的概念，进展了一样形式的输运理论，并把它应用于扩散、和气体内摩擦进程。
1867年引入了“”那个术语。
麦克斯韦是运用工具分析物理问题和精准地表述科学思想的大师，他超级重视实验，由他负责成立起来的，在他和以后几位主任的领导下，进展成为举世闻名的中心之一。
4土星光环
背景
早在1787年，拉普拉斯进行过把作为固体研究的计算。
那时他曾确信，土星光环作为一个均匀的刚性环，它可不能瓦解的缘故要知足两个条件，一是它以一种使离心力与引力相平稳的速度运转，二是
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
光环的密度与土星的密度之比超过临界值，从而使环的内层与外层之间的引力超过在不同半径处离心力与万有引力之差。
他之因此有如此推论，是因为，一个均匀环的运动在上是不稳固的，任何轻微的破坏平稳的位移都会致使环的被破坏，使光环落向土星。
拉普拉斯推测，土星光环是一个质量散布不规那么的固体环。
到了1855年，理论仍然停留在此，而这中间，人们又观测到了土星的一个新的暗环，和更进一步的分离现象，还有光环系统自从被发觉以来二百年间整体的缓慢转变。
因此，一些科学家们提出了一个假说，来讲明土星光环在动力学上的稳固性，那个假说是：
土星光环是：
由固体流体和大量并非彼此密集的组成的。
麦克斯韦就依照这一假说进行了。
他第一着手的是拉普拉斯留下的固体环理论，并确信了一个任意形状环的稳固性条件。
麦克斯韦依据环在土星中心造成的势，列出了运动，取得了对匀速运动的势的一阶导数的两个限制，然后由泰勒展开式又取得关于稳固运动二阶的三个条件。
麦克斯韦又把这些结果换成关于质量散布的傅立叶级数的前三个系数的条件。
因此他证明了，除非有一种奇异的特殊情形，几乎每一个能够想象的环都是不稳固的。
这种特殊的情形是指一个均匀环在一点上承载的介于剩余质量的倍到倍之间。
可是这种特殊情形的环在不均匀的引力下会瓦解掉，因此固体环的理论假说是不能成立的。
麦克斯韦冲破
麦克斯韦早在1849年在爱丁堡的福布斯实验室就开始了色混合实验。
在那个时候，爱丁堡有许多研究的学者，除福布斯、威尔逊和布儒斯特外，还有一些对感爱好的医生和科学家。
实验要紧确实是在于观看一个快速旋转圆盘上的几个着色扇形所生成的颜色。
麦克斯韦和福布斯第一做出的一个实验是使红、黄、蓝组合产生灰色。
他们的实验失败了，而其中的要紧缘故是：
蓝与黄混归并非象常规那样生成绿色，而是当二者都不占优势时产生一种淡红色，这种组合加上红色不可能产生任何灰色。
麦克斯韦
麦克斯韦起初想到他的母校大学去谋职，因为那里他的教师福布斯已退职，需要一个自然哲学教授。
同时应选的有三个人，校方决定用考试来决定录用谁。
在笔试方面；麦克斯韦的学问理所固然是第一，可是在口才上，麦克斯韦再次吃了亏。
考试结果，麦克斯韦是最后一名，他的讲课能力实在太差了。
那时乃至爱丁堡的一家杂志都发表评论文章，为爱丁堡大学失去如此一个人材而可惜。
只是被选上的人也不差，那确实是他中学和大学的同窗泰特。
麦克斯韦离开阿伯丁，又因此离开家乡爱丁堡，他被聘为伦敦皇家学院的教授，妻子也一同前去。
麦克斯韦于是开始了新的生活，在伦敦皇家学院，他完成了能够使他最终在物理学史上发射出光芒的理论。
5电磁情缘
回忆电磁学的历史，的历程一直到1820年的时候都是以牛顿的物理学思想为基础的。
自然界的“力”——热、、光、磁和化学作用正在被慢慢归结为一系列流体的粒子间的瞬时吸引或排斥。
人们已经明白和静电遵守类似引力定律的平方反比定律。
在19世纪以前的40年中，显现了一种反对这种观点的动向，这种观点同意“力的相关”。
1820年，发觉的电磁现象马上成了这种新趋势的第一个证明和极为有力的推动力，但那时的人又对此捉摸不定和感到困惑。
奥斯特所观看到的与磁体间的作用有两个大体点不同于已知的现象：
它是由运动的电显示出来的，而且磁体既不被引向带电流的金属线，也不被它推开，而是关于它横向定位。
同一年，法国科学家用数学方式总结了奥斯特的发觉，并创建了，尔后，安培和他的跟随者们便力图使电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存观点调和起来。
麦克斯韦
麦克斯韦的电学研究始于1854年，那时他刚从剑桥毕业只是几礼拜。
他读到了法拉第的《电学实验研究》，当即被书中新颖的实验和吸引住了。
在那时人们对法拉第的观点和理论观点不一，有很多非议。
最要紧缘故确实是那时“超距作用”的传统观念阻碍很深。
另一方面的确实是法拉第的理论的严谨性还不够。
法拉第是实验大师，有着常人所不及的地方，但唯独欠缺数学功力，因此他的创见都是以直观形式来表达的。
一样的物理学家固守牛顿的物理学理论，对法拉第的学说感到难以想象。
有位曾公布宣称：
“谁要在确信的超距作用和模糊不清的力线观念中有所迟疑，那确实是对牛顿的亵渎！
”在剑桥的学者中，这种不合也相当明显。
汤姆逊也是剑桥里一名很有见地的学者之一。
麦克斯韦对他佩服不已，特意给汤姆逊写信，向他求教有关的知识。
汤姆逊比麦克斯韦大7岁，对麦克斯韦从事电学研究给予过极大的帮忙。
在汤姆逊的指导下，麦克斯韦取得启发，相信法拉第的新论中有着不为人所了解的。
认真地研究了法拉第的高作后，他感受到力线思想的宝贵，也看到法拉第在定性表述上的弱点。
于是那个方才毕业的青年科学家决定用来弥补这一点。
1855年麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的《论法拉第的力线》。
6人物奉献
要紧奉献
麦克斯韦的要紧奉献是成立了，创建了经典电动力学，而且预言了的存在，提出了光的电磁说。
麦克斯韦是电磁学理论的集大成者。
他诞生于电磁学理论奠基人提出电磁感应定理的1831年，后来又与法拉第结成忘年之交，一起构筑了电磁学理论的科学体系。
物理学历史上以为的经典力学打开了机械时期的大门，而麦克斯韦电磁学理论那么为电气时期奠定了基石。
力线理论
《论物理的力线》
1862年，麦克斯韦完成了论文《论物理的力线》，麦克斯韦的物理力线理论就在于把磁场中的转动这一假说从寻常的推行到以太。
他考虑了深置于不可紧缩流体中涡旋的排列。
在正常情形下，压强在各方向是相同的，但转动引发的离心力使每一发生纵向收缩并施加经向，这正模拟了法拉第力线学说中所提的应力散布。
由于使每一涡旋的角速度同局部磁场强度成正比，麦克斯韦得出了同已有的关于磁体、稳恒电流及抗磁体之间力的理论完全相同的。
依照流体的观看实验，麦克斯韦以为各涡旋之因此能沿同一指向自由转动，是因为各涡旋由一层微小的同与它相邻的涡旋格开，这种粒子与电完全相同。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
但是麦克斯韦并未知足自己已有的功效而举足不前，他仍然向电磁学领域的更深处前进。
1863年，他在他人的帮忙下完成了他的第三篇《论电学量的大体关系》，这是麦克斯韦电学研究中迈出的重要一步，在以往却常常被人轻忽。
在这篇论文里，他推行傅立叶在热的理论中开始的程序，宣布了同、长度、时刻度有关的电学量和磁学量的概念，以便于提供对那种二元的电学单位制的第一个最完整透彻的说明。
他引入了成为标准的记号，把量纲关系表示为用括弧括起来的质量、长度、时刻量度的幂（音mì）的乘积，带有各自的无量纲的。
在这一年，麦克斯韦已经找到了在电磁量与之间的一个纯唯象性质的环节。
《电磁场的动力学理论》
1865年他发表了第四篇论文《电磁场的动力学理论》，为解决与光速之间的纯唯象问题提供了一个新的理论框架。
它以实验和几个普遍的原理为依照，证明了不需要任何有关分子涡旋或电粒子之间的力的专门假设，电磁波在空间的传播就会发生。
在这篇论文中，麦克斯韦完善了他的。
他采纳和创建的数学方式，由该方程组直接导出了和磁场的波动方程，其波动的传播速度为一个介电系数和导磁系数的几何平均的倒数，这一速度合法等于光速。
这一结果又再一次与麦克斯韦推算结果完全一致。
至此电磁波的存在是确信无疑的了。
由此，麦克斯韦斗胆的判定，光也是一种电磁波。
法拉第昔时关于光的论的朦胧猜想，通过麦克斯韦精心地计算而变成为科学的推论，法拉第与麦克斯韦的名字，从此像与伽利略的名字一样，联系在一路，在上闪烁着永久的光芒。
麦克斯韦在一封信上曾谈及他的这篇论文，他说：
“我在完成一篇包括光的电磁理论，在我确信相反的理论产生以前，我以为那个理论是壮大的。
”从1865年开始，麦克斯韦辞去了皇家的教席，开始潜心进行科学研究，系统地总结研究功效，撰写电磁学专著。
电磁专著
《电磁学通论》
通过了八年的艰苦尽力，1873年麦克斯韦的一部专著终于问世了，书名叫作《电磁学通论》。
在《电磁学通论》中，麦克斯韦比以前更为完全地应用了拉格朗日的方程，推行了动力学的形式体系。
这一时期前后，英国和欧洲大陆的数学家中间普遍偏向于更普遍地在物理学问题中利用分析动的方式，麦克斯韦的做法与数学家的方式不谋而合。
而且他的方式和见地新颖，使很多人为之吸引。
通过把这种流行的研究偏向动用于电磁学，他使时尚变成了他特有的结果。
麦克斯韦采纳极为新式的关于项的对称性与矢量结构的论证，以最普遍的形式表示出电磁系统的拉格朗日。
麦克斯韦对拉格朗日方式的运用，就其几乎是通往物理学理论的一条新途径来讲，这是第一次尝试。
过了很连年，其他家才充分地运用这一方式来研究电磁学领域。
麦克斯韦
《电磁学通论》是一部经典的电磁理论高作，在这本大部头的高作中，麦克斯韦系统地总结了人类在19世纪中叶前后对电磁现象的探讨研究轨迹，其中包括库仑、安培、、法拉第等人的不可磨灭的功绩，更为细致、系统地归纳了他本人的制造性尽力的结果和成绩，从而成立起完整的电磁学理论。
这部巨著有着非同小可的历史意义，可与的《》（力学）、的《》（生物学）相提并论。
从、，经法拉第、最后到麦克斯韦，通过几代人的不懈尽力，电磁理论的宏伟大厦，终于成立起来。
这本书的出版，理所固然地成了物理学界的一件大事，那时麦克斯韦只有42岁，已经回到剑桥任实验的教授。
人们早已通过他以前的几篇卓有见地的论文而熟识了他，他的和学生和科学界的人士对他的这本书更是期待已久，争相到各地去购买，以求先睹为快，因此书的第一版专门快就被抢购一空。
四元方程组
研究背景
他由于列出了表达电磁大体定律的四元方程组而闻名于世。
在麦克斯韦以前的许连年间，人们就对电
纪念邮票
和磁这两个领域进行了普遍的研究，人们都明白这二者是紧密相关的。
适用于特定场合的各类电磁定律已被发觉，可是在麦克斯韦之前却没有形成完整、统一的学说。
麦克斯韦用列出的简短四元方程组（但却超级复杂），就能够够准确地刻画出电磁场的特性及其彼此作用的关系。
如此他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。
麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经普遍应用一个世纪了。
优势
麦克斯韦方程的最大优势在于它的通用性，它在任何情形下都能够应用。
在此以前所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程推导出来，许多之前没能解决的未知数也能从方程推导进程中寻出答案。
这些新功效中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。
依照他的方程能够证明出的周期振荡的存在。
这种振荡叫电磁波，一旦发出就会通过空间向别传播。
依照方程，麦克斯韦就能够够表达出电磁波的速度接近300000千米（186000英里）/秒，麦克斯韦熟悉到这同所测到的光速是一样的。
由此他得出光本身是由电磁波组成的这一正确结论。
因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的大体定律，也是光学的大体定律。
的确如此，所有先前已知的光学定律能够由方程导出，许多先前未发觉的事实和关系也可由方程导出。
在此基础上，麦克斯韦以为光是频率介于某一范围之内的电磁波。
这是人类在熟悉光的本性方面的又一大进步。
正是在这一意义上，人们以为麦克斯韦把光学和电磁学统一路来了，这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。
麦克斯韦
可见光并非是唯一的一种电磁辐射。
麦克斯韦方程说明与可见光的波长和频率不同的其它电磁波也可能存在。
这些从理论上得出的结论后来被海因利茨·赫兹公布演示证明了。
赫兹不仅生产出而且查验出了麦克斯韦预言存在的不可见光波。
几年以后，伽格利耶尔摩·证明这些不可见光波能够用于无线电通信，无线电随之问世。
今天咱们也用不可见光为电视通信。
、γ线、、都是电磁波辐射的其它一些例子。
所有这些射线都能够用麦克斯韦方程来加以研究。
天文学和热力学
尽管麦克斯韦成名主若是在于他对电磁学和光学做出的庞大奉献，可是他对许多其它学科也做出了重要的奉献，其中包括天文学和热力学。
他的特殊爱好之一是气体运动学。
麦克斯韦熟悉到并非所有的气体分子都按同一速度运动。
有些分子运动慢，有些分子运动快，有些以极高速度运动。
麦克斯韦推导出了求已知气体中的分子按某一速度运动的百分比公式，那个公式叫做“麦克斯韦散布式”，是应用最普遍的科学公式之一，在许多物理分支中起着重要的作用。
成立实验室
麦克斯韦的另一项重要工作是筹建了剑桥大学的第一个物理实验室——闻名的实验室。
该实验室对整个实验物理学的进展产生了极为重要的阻碍，众多闻名科学家都曾在该实验室工作过。
卡文迪许实验室乃至被誉为“取得者的摇篮”。
作为该实验室的第一任主任，麦克斯韦在1871年的就职演说中对实验室以后的教学方针和研究精神作了出色的论述，是科学史上一个具有重要意义的演说。
麦克斯韦的本行是理论物理学，但他却清楚地明白实验称雄的时期尚未过去。
他批评那时英国传统的“粉笔”物理学，呼吁增强实验物理学的研究及其在大学教育中的作用，为后世确立了实验科学精神。
[2]
7社会评判
1931年，在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上，评判其建树“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有功效的工作。
麦克斯韦在电磁学上取得的的成绩被誉为继以后，“物理学的第二次大统一”。
麦克斯韦被普遍以为是对二十世纪最有阻碍力的十九世纪物理学家。
他对基础自然科学的奉献仅次于。
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