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化学反应动力学与分子动力学化学反应动力学与分子动力学是研究化学反应速率和反应机理的关键领域。
通过这两个学科，我们可以更好地了解化学反应发生的原因、速率和方式，帮助我们探索自然界中的化学变化。
一、化学反应动力学化学反应动力学研究的是化学反应的速率及其影响因素。
它主要关注反应速率与反应物浓度、温度、压力和催化剂等因素之间的关系。
化学反应速率的测定可以通过观察反应物消耗或生成物增加的速度来进行。
反应速率可以通过速率常数来描述，速率常数即反应物浓度单位时间内减少或生成物浓度单位时间内增加的比例系数。
化学反应速率可以用速率方程来表示，速率方程中的指数表示了反应物浓度对反应速率的影响。
化学反应动力学的研究使我们能够更好地理解化学反应的机理，从而有助于改进反应条件，提高化学工艺的效率。
二、分子动力学分子动力学研究的是分子在宏观尺度上的运动和反应。
通过模拟和分析分子之间的相互作用，我们可以了解分子之间的碰撞和反应过程。
在分子动力学模拟中，我们通过求解牛顿运动方程来预测和描述分子的运动。
这些方程基于分子间的相互作用力和动量守恒原理。
通过这种方法，我们可以模拟和预测分子在特定条件下的运动状态和反应行为。
分子动力学不仅能够帮助我们理解分子间的相互作用和反应机理，还可以用于研究纳米颗粒的性质、化学反应的速率和反应路径等。
三、化学反应动力学与分子动力学的联系与应用化学反应动力学和分子动力学是密切相关的学科，二者相互联系、相互补充。
化学反应动力学研究了反应速率的宏观表现，而分子动力学则从微观角度解释了反应速率的原因和机制。
通过将两个学科结合起来，我们可以更全面地理解化学反应的本质。
化学反应动力学提供了实验数据和速率方程，而分子动力学则提供了分子层面的详细信息和验证。
在实际应用中，化学反应动力学和分子动力学可以用于设计和优化催化剂、预测化学反应的产物分布以及改进化学合成等。
总结：化学反应动力学和分子动力学是研究化学反应速率和反应机理的关键学科。
反应分子动力学一、什么是反应分子动力学1.1 定义反应分子动力学是研究分子间相互作用和分子转化过程的一门学科，它研究化学反应的速率、机理和动力学行为，并通过模拟和计算来描述和预测分子反应的行为。
1.2 反应分子动力学的重要性反应分子动力学对于理解化学反应的本质和控制化学反应的过程具有重要意义。
通过分子动力学模拟和计算，可以揭示分子间相互作用、反应路径和反应机理，帮助科学家设计更有效的催化剂、优化反应条件，提高化学反应的效率。
二、反应分子动力学的基本原理2.1 分子间相互作用在反应分子动力学中，分子间相互作用是一个基本概念。
分子间相互作用包括键的形成和断裂、电荷转移、溶解、扩散等各种过程。
这些相互作用直接影响着化学反应的速率和机理。
2.2 布朗运动布朗运动是分子在溶液中的非定向随机运动。
由于分子存在热运动，其位置和速度会不断发生变化。
布朗运动对于反应分子动力学的模拟和计算至关重要。
2.3 势能面势能面描述了分子在化学反应中的势能变化。
势能面可以通过量子力学计算或经验拟合等方式得到。
在分子动力学模拟中，势能面决定了分子的运动轨迹和能量变化。
2.4 动力学方程动力学方程描述了化学反应过程中速率的变化。
常用的动力学方程包括Arrhenius方程、Eyring方程等。
这些方程通过考虑温度、势能差、反应物浓度等因素，预测了反应速率的变化。
三、反应分子动力学的模拟和计算方法3.1 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种通过求解牛顿方程描述分子运动的方法。
通过给定初始条件，如分子的位置、速度和势能，分子动力学模拟可以模拟和预测化学反应的动力学行为。
3.2 量子化学计算量子化学计算是一种基于量子力学原理的计算方法，用于计算分子的电子结构和性质。
量子化学计算可以通过计算转移率、反应能垒等参数，揭示分子反应的机理和动力学行为。
3.3 基于统计力学的方法基于统计力学的方法主要用于计算反应速率常数和反应路径。
常用的方法包括转动转化状态法、过渡态理论等。
分子反应动力学
分子反应动力学是研究化学反应速率和反应机理的一门学科。
它主要关注的是反应物分子之间的相互作用和反应过程中的能量转移。
分子反应动力学的研究对于理解化学反应的本质和控制化学反应的速率具有重要意义。
化学反应的速率是指单位时间内反应物消耗量或产物生成量的变化率。
分子反应动力学研究的重点是如何确定反应速率常数，即反应物分子之间相互作用的强度和反应过程中的能量转移。
反应速率常数与反应物分子的浓度、温度、压力等因素有关。
在分子反应动力学中，通常采用碰撞理论来解释反应速率常数的大小。
碰撞理论认为，反应速率常数与反应物分子之间的碰撞频率和碰撞能量有关。
当反应物分子之间的碰撞频率和碰撞能量越高时，反应速率常数就越大。
分子反应动力学的研究还涉及到反应机理的探究。
反应机理是指化学反应中反应物分子之间的相互作用和能量转移的过程。
分子反应动力学通过研究反应物分子之间的相互作用和能量转移，可以揭示反应机理的本质。
反应机理的探究对于理解化学反应的本质和控制化学反应的速率具有重要意义。
分子反应动力学是研究化学反应速率和反应机理的一门学科。
它通过研究反应物分子之间的相互作用和能量转移，揭示了化学反应的本质和控制化学反应速率的方法。
分子反应动力学的研究对于推动
化学反应的发展和应用具有重要意义。
分子动力学中的反应动力学分子动力学是一种研究分子在行为和反应中的运动方式的计算机模拟方法。
分子动力学可以在原子尺度上表示分子的动力学。
在分子动力学中，各种类型的分子之间相互作用的能量可以被计算，从而可以研究分子在不同条件下的性质。
反应动力学是研究化学反应速率和反应机制的学科。
在反应动力学中，可以研究反应的速率、反应进程中出现的中间体和过渡态，以及不同化学反应之间的区别。
分子动力学可以和反应动力学结合使用，通过模拟分子在反应过程中的运动来研究反应的速率和过程。
分子动力学中的反应动力学包括了许多方面的研究，例如：反应速率常数、反应机理、反应路径、反应过渡态等。
反应速率常数是指反应速率和反应物浓度之间的关系，它是反应动力学中最基本的一个参数。
反应速率常数可以通过实验方法获得，也可以通过计算来预测。
分子动力学可以用来计算反应速率常数，这需要使用到各种类型的分子之间相互作用的能量数据和分子间距的数据。
通过模拟分子之间的运动来计算反应速率常数，可以使反应动力学研究更精确和高效。
反应机理是指反应中发生的各种分子间的作用和反应过程，通常包括多个反应步骤。
了解反应机理对于预测反应速率和选择最优反应条件非常重要。
分子动力学可以用来揭示反应机理，通过模拟反应中各个分子之间的相互作用，可以研究得到反应的各个中间体和过渡态，从而了解反应机理。
反应路径是指反应从反应物至产物的过程。
在分子动力学中，可以跟踪每个原子的运动路径，然后通过统计每个反应路径的频率，来预测反应的主要通路和副反应通路。
通过研究反应路径，可以了解反应的规律性和不确定性，帮助化学家们为工业生产和实验室实验提供更优的反应条件。
反应过渡态是指反应中某一时刻成键和断键的局部过程，即从反应物到产物之间的枢纽。
反应过渡态是反应机理中非常关键的组成部分，可以影响反应速率和产物选择。
分子动力学可以帮助研究反应过渡态，通过模拟分子间的运动，精确定位反应过渡态位置，并了解反应过渡态的结构和特性。
化学反应的动力学解释当我们燃烧木材、煮水煮鸡蛋，甚至进行生命活动时，我们都能感受到化学反应的存在。
反应是化学的基本概念之一，它指两种或更多的物质相互作用，以形成新的物质，这些物质称为产物。
但是，如何描述和理解化学反应的速度和动力学过程呢？一、动力学反应的定义和基本概念动力学反应是指在反应物分子之间相互碰撞和重新配对的过程中，形成化学键以形成产物的速度。
反应速度是化学反应发生的关键指标之一。
它被定义为单位时间内反应物被转化为产物的量。
为了描述反应速率，我们必须了解反应的酶动力学方程和反应机理。
酶动力学方程包括描述反应动力学的关键参数，如反应速度常数、反应机理、活化能等。
当反应速度受到多个参数的影响时，这些参数的值必须在方程的预测下进行调整。
反应机理是描述反应的步骤和反应中间体的过程，其中包括化学键的形成和断裂等步骤。
反应的机理可以通过实验数据来确定。
二、影响反应速率的因素考虑到反应速率可以通过下面这个反应来评估：A +B → C其他一切变量保持不变的情况下，反应速率是如何受到各种因素的影响的呢？1.浓度更高的浓度会增加反应物之间的碰撞，从而提高反应速率。
反之，较低的浓度会导致反应速率缓慢。
2.温度增加温度会增加分子的能量，从而增加反应物之间的碰撞频率和强度。
因此，增加温度可以提高反应速率。
反之，降低温度会减缓反应速率。
3.催化剂催化剂是一个物质，可以降低反应活化能，从而减少反应的能量要求。
由于活化能的降低，催化剂可以显着提高反应速率。
三、化学反应动力学的重要性和应用了解反应动力学的基础原理和参数可以帮助我们确定如何优化工业过程和生产方式。
例如，在某一化学反应中，降低成本或增加产量需要了解反应速率和反应机理。
此外，理解反应动力学还可以帮助提高化学品的采购和处理。
另外，对于医学和生命科学研究，研究在生命过程中发生的化学反应动力学是至关重要的。
深入了解代谢反应速率、酶催化反应以及克服生命过程中的障碍的过程可以使我们更好地了解生命过程。
化学反应动力学的基本概念与公式推导化学反应是物质相互转化的过程，而反应速率则描述了反应的快慢程度。
化学反应动力学便是研究化学反应速率及其变化的学问。
该学问的研究对象涉及反应的速率常数、速率方程、反应机理、反应动力学公式等多方面知识。
本文将重点探讨化学反应动力学的基本概念与公式推导，以期加深对化学反应动力学问题的理解。
一、化学反应速率及速率常数化学反应速率表示的是单位时间内某种物质消耗或生成的量，通常通过化学计量量比来计算。
反应速率可用下式表示：$-\frac{d[Reactant]}{dt}$ $=\frac{d[Product]}{dt}$式中，$[Reactant]$，$[Product]$代表反应物和生成物的浓度，$dt$代表时间差。
在大多数情况下，反应速率随反应组分浓度的不同而有所差异，因此很难总结出一种均适用的反应速率表达式。
不过，在稀溶液中，反应速率通常与反应物的浓度成正比。
即。
$- \frac{1}{p} \frac{d[P]}{dt} = k [A]^{\alpha}$$p$为反应级数，即反应物的摩尔变化数 $\alpha$为反应速率方程的实验常数，常见取值范围为 $0$ 到 $2$。
而反应速率常数，通常简称为速率常数 $k$。
其定义是在给定温度、反应物浓度和压强等反应条件下，单位时间内单位反应物浓度变化的量。
速率常数$k$不但随反应物浓度的变化而异，还随温度的变化而发生变化。
实验表明，当温度上升$10$°C时，速率常数通常变为原来的两倍左右。
二、化学反应速率方程及机理化学反应速率方程通常指的是通过实验测定反应速度与反应物浓度的定量关系所确定的方程式，可以包含一个或多个反应物的浓度。
通俗地讲，化学反应速率方程就是描述反应速率和反应物存在的关系。
例如，一级反应的速率方程便可用下式表示：$-\frac{dA}{dt}=k$ $A(t)$其中 $A$ 为一级反应的反应物浓度，与时间 $t$ 有关，$k$ 为反应表观速率常数。
搜索的内容：各种概念介绍分子反应动力学：分为：宏观反应动力学(Macroscopic Kinetics) 微观反应动力学（Microscopic Kinetics）即为分子反应动力学（Molecular Reaction Dynamics）。
（不同定义表述）1.在原子、分子的层次上研究化学反应微观动态和机理的一门科学，它所研究的基元反应和基元化学物理过程能够使人们了解化学反应的机理。
2.应用现代物理化学的先进分析方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构，反应过程和反应机理。
（张爱丽）3.分子反应动力学是现代物理与化学之间的一门边缘学科，是化学物理学科的一个重要分支。
它深入到分子或原子层次来研究化学反应的微观动态和机理。
分子反应动力学的研究主要包括：1）构建反应体系的势能面；2）计算该体系的微观动力学参量（如截面），这些参量是反应物的初态及产物终态的函数；3)通过积分截面得到宏观动力学参量（速率常数）注：基元反应:在反应中一步直接转化为产物的反应（又称简单反应）。
基元反应本身是指没有中间产物，一步完成的反应。
目前验证基元反应最科学的方法包括量子化学的模拟计算和以飞秒激光为代表的分子动力学手段。
通过计算机模拟反应过程可以得到一个反应的模拟过程，数据时很好的预测手段。
通过飞秒激光得到反应过程中各种物质的光谱变化，可以推断反应过程中到底什么物质或者是物质的什么状态发生反应，从而最终确定反应的过程。
（张爱丽）势能面的构建势能面的意义：基于电子运动和核运动可分离假定的势能面概念是现代化学物理学最重要的思想之一。
从动力学理论计算的角度来讲，势能面是最基本也是非常重要的一个因素，势能面的准确程度对动力学计算的结果有直接影响。
势能面的形状反映出整个化学反应过程的全貌以及反应的始终态、中间体和过渡态的基本态势。
在势能面上连接这些态的一条最容易实现的途径就是整个化学反应的路径。
第四章化学反应动力学基础——反应速率与反应机理4.1 什么是化学动力学？4.2 化学反应速率的含义及其表示法4.3 浓度与反应速率：微分速率方程与反应级数4.4 温度与反应速率：活化能与反应速率理论4.5 反应机理4.6 催化作用4.7 化学动力学前沿话题Ahmed Zewail (Caltech, USA) 1999 年度诺贝尔化学奖获得者"for his studies of the transition states of chemical reactions usingfemtosecond spectroscopy ”http://nobelprize .org/4.1 什么是化学动力学瞬间完成的炸药爆炸反应大西洋底泰坦尼克号船首的腐蚀过程1/2N2(g) + CO2 (g)？●化学动力学的任务：1) 化学反应的速率问题2) 化学反应的机理问题●净反应速率和初速率化学反应有可逆性，所以实验测定的反应速率实际上是正向速率和逆向速率之差，即净反应速率。
有些化学反应逆速率非常小，可看作是单向反应。
可逆反应到达平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等，此时净反应速率等于零，平衡浓度不再随时间变化。
我们把反应刚开始一霎那的瞬时速率称为初速率，记作v(2) 基元反应和非基元反应化学反应速率与路径有关。
有些反应的历程很简单，反应物分子相互碰撞，一步就起反应变成生成物。
这种反应叫基元反应。
多数反应的历程较为复杂，反应物分子要经过几步，才能转化为生成物，叫非基元反应。
化学平衡常数式中平衡浓度的方次和化学方程式里的计量系数总是一致的，按化学方程式即可写出平衡常数式，因为化学平衡只取决于反应的始态和终态而与路径无关。
但化学反应速率与路径密切相关，速率式中浓度的方次一般要由实验确定，不能直接按化学方程式的计量系数写出。
k = 6.23 ×10−4 s −1N 2O5分解反应的lg(N2O5)−t图N2O5分解反应的(N2O5)−t图)●半衰期(t1/2将一级反应速率方程改写为：lg[(A)/(A)0] = −kt/ 2.303/2时，此刻的反应时间t= t1/2，也就是反应进行一半当(A) = (A))。
化学反应动力学的基础化学反应动力学是一门研究化学反应速率及其机制的科学，它不仅为我们理解反应过程提供了理论基础，同时在工业、环境科学及生物医学等多个领域都具有广泛的应用。
这篇文章将介绍化学反应动力学的基础概念、基本定律、影响因素、反应机理以及相关的实验方法，以帮助读者深入了解这一重要的科学领域。
一、化学反应速率化学反应速率是指单位时间内反应物转化为产物的量，通常用摩尔数/升/秒（mol/L·s）来表示。
为了量化化学反应速率，科学家们引入了以下几个重要概念：平均反应速率：在一个特定时间段内，反应物浓度减少或产物浓度增加的变化率。
例如，对于反应A→B，平均反应速率可以表达为：[ = - = ]瞬时反应速率：在某一时刻，反应物浓度或产物浓度变化的速率。
在数学上，它是反应速率的导数，可以用以下形式表示：[ = - = ]反应级数：反应级数是描述反应速率与各个反应物浓度之间关系的整数，比如对于双分子反应 ( A + B C )，其速率方程通常表示为：[ v = k[A]m[B]n ]其中，(k) 是速率常数，(m) 和 (n) 是分别对应于A和B的反应级数。
二、影响因素多种因素可以影响化学反应的速率，包括温度、压力、催化剂以及反应物浓度等：温度温度对化学反应速率有着显著的影响。
根据阿伦尼乌斯方程，随着温度的升高，分子运动加剧，使得反击能量提升，从而加快了反应速率。
阿伦尼乌斯方程如下所示：[ k = Ae^{-} ]其中，A 为频率因子，(E_a) 是活化能，(R) 是气体常数，(T) 是绝对温度。
反应物浓度增加反应物浓度通常会使得分子碰撞频率增加，从而提高了化学反应速率。
在许多简单的单分子和双分子反应中，这一点尤其明显。
催化剂催化剂是加快化学反应而且自身不被消费的物质。
催化剂通过降低活化能来加快反应速率。
例如，在酶促反应中，酶作为催化剂能够选择性地加快某些生物分子的转变。
压力对于气体相互作用的反应而言，增加压力会导致气体分子之间更频繁地碰撞，从而提升反应速率。
●§4分子反应动态学简介(molecular reaction dynamics)
●§4.1分子反应动态学的特点
分子反应动态学是在分子水平上研究分子之间的一次碰撞（单次碰撞）行为中的动态性质，因为是从微观角度进行研究，所以也称为微观化学反应动力学(microscopic chemical kinetics)。
分子反应动态学作为化学动力学的一个分支，主要研究分子如何碰撞、如何进行能量交换；在碰撞过程中，旧键如何被破坏，新键如何生成；分子碰撞的角度对反应速率的影响以及反应产物分子的角分布等一系列过程的动态性质，也可以说是研究基元反应的微观历程。
以最简单的原子A与双原子分子BC的反应为例，
A(i)＋BC(j)—→AB(m)＋C(n)
要从微观角度研究反应碰撞行为，当然最好是选取孤立的、具有给定量子态的反应物A(i)和BC(j)，产生初生态的具有一定量子态的产物分子AB(m)和C(n)，这才是一个“真正分子水平上的一次碰撞行为”，或称为态对态的反应(state-to-state reaction)。
分子束特别是交叉分子束的方法提供了一个“真正分子水平上的一次碰撞行为”实现的可能途径。
实际上，近30年来分子反应动态学的发展，在很大程度上是和分子束技术以及激光技术的应用和改进
分不开的。
●§4.2研究分子反应的实验方法
●§4.2.1交叉分子束
研究分子反应动态学最基本的工具是交叉分子束技术。
其特征是在单次碰撞的条件下来研究单个分子间发生的化学反应，并测量反应产物的角分布、速度分布来取得反应动态学的信息。
李远哲和D.R.Herschbach首先研制成功能获得各种态信息的交叉分子束实验装置，研究和发表了F＋H2反应动力学的结果，精确测定了反应产物的角分布、能量分布及其与反应物能量的关系，表明了过去用经典方法计算反应途径的局限性和不可靠性。
如此详细的研究化学反应过程，对化学反应的基本原理作出了重要突破，被称为分子反应动力学发展中的里程碑。
红外化学发光实验研究的开拓者是J. C. Polanyi，当处于振动、转动激发态的反应产物向低能态跃迁时所发出的辐射即称为红外化学发光(IRC)，记录分析这些光谱，可以得到初生产物在振动、转动能态上的分布。
这一点可以弥补分子束实验只能确定反应释放能量在产物平动能与内部能之间的分配，而无法确定分子内部能量间的分布。
李远哲、D. R. Herschbach和J. C. Polanyi一起荣获1986年诺贝尔化学奖。
激光诱导荧光(LIF)方法是由R. N. Zare发展起来的。
这种方法是用一束可调激光，将处于电子基态上振动态的初生产物激发到高电子态的某一振动能级，并检测高电子态发出的荧光。
让激光束在电子基态上扫描，由测得的荧光强度以及两电子态间的跃迁情况，从而可以确定产物分子在振动能级上的初始分布情况。
怎样制备指定能态的分子
被
选择的能态方法
平
动能或速率准直器，速度选择器，超声射流技术
转
动能非均匀电磁场
振
动能激光选择激发
电
子能激光激发或电子轰击
分子碰撞方位
非均匀电磁场聚集(stark效应），偏振激光激
发
怎样检测散射分子
检
测项目常用方法
散
射强度四极质谱仪散
射角分布四极质谱仪
平
动能或速率飞行时间质谱
转
动能红外化学发光，激光诱导荧光振
动能红外化学发光，激光诱导荧光电
子能光谱
§4.2.2过渡态的实验研究——飞秒化学一个化学反应破坏旧键约需102fs（～10－13s），也可以当成反应体系通过鞍点区的时间，作为过渡态的寿命。
由于过渡态的寿命是极短的，若要实时地了解过渡区的性质，至少必须有与其寿命相匹配的时间标度，皮秒、飞秒激光器的问世提供了可能性。
要跟踪化学键的断裂和生成，特别是要观测过渡态，时间分辩必须达到飞秒级。
一个飞秒超短脉冲，可以使所有分子几乎同步地在一瞬间受到激发。
另一方面，飞秒脉冲又可以作为探针，它能在如此高的时间分辨率中，在反应过程开一个小小的窗口，来考察分子在这一瞬间所处的状态，在飞秒时间间隔内观测化学反应。
飞秒化学就是研究化学反应在旧键断裂新键生成那一刻行为的分子反应动态学的一个分支。
过渡态实验研究的方法有：过渡区物种的吸收与发射光谱；激光光电子能谱；实时飞秒检测等。
飞秒化学还有一个非常诱人的副产物——选键化学。
因为既然可以在飞秒的时间间隔内来观测反应，能否在飞秒的时间间隔内来控制化学反应呢？如果这个愿望实现，将能有选择地使某些化学键被破坏或生成，使反应能按照人们期望的方向进行。
祥见参考。
——胡英，物理化学参考，高等教育出版社，2003.8，198～240
§4.3 活化能的统计意义——Tolman 活化能
根据分子结构和量子化学的原理知道，物质有分子平动、振动、转动、电子运动和核运动等多种运动形式，因此分子有各种能态。
在一定温度下，在各种运动能态上分子的分布有确定的形式，而每种能态上发布的分子的反应能力不同。
对于基元反应 A —→P
设体系中有N A 个A 分子 ，在分子的可及量子状态上有一定的分别，若分子的能级是非简并的，则处于第i 个量子状态的能级为εi ，分子数为N A(i)。
则该量子状态的A 分子的反应速率为：
V
N k dt dN V i A i i A )()
(1=- 式中k i 为微观速率常数。
总反应速率为
∑=-i
i A i A V N k dt dN V )(1 V
N k A
=
∑∑==
i
A
i A i A
i
i A i N N k N N
k k ][
)()
(
式中][)(A
i A N N 表示A 分子在第i 个量子状态上出现的概率，根据
Boltzmann 统计分布公式可知：
∑-
-
=
j
T
k T k A
i A B j
B i
e
e
N N εε][
)(
∑∑∑∑∑∑-
-
-
-
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(
]ln[]ln[ln ∑∑-
-
-=j
T
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k i B j
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e
e
k k εε
根据活化能的定义式，得到：
)1(ln ln 2
T
d k
d R
dT
k d RT Ea =≡
}
)1(]ln[)1(]ln[{
T
d e
d T
d e
k d R j
T
k i
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∑∑∑∑-
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--
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∑∑∑∑-
-
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e
e
k e
k L εεεεεε
}{εε-=*L
E E -=*
这个表示式有R.C. Tolman 于1925年提出。
