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Front Matter |
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Abstract
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,Einleitung, |
Eberhard Klempt |
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Abstract
Unsere Welt erscheint ungeheuer komplex. Um die Fülle der Erscheinungen zu ordnen und zu verstehen, suchen wir in ihr seit Beginn des menschlichen Denkens einfache Gesetzmäßigkeiten, anschauliche Deutungen. Sehr frühe Erkenntnisse beziehen sich vermutlich auf den Kreislauf des Jahres, die Wanderungen der Tiere und auf die Einsicht, dass Sommer und Herbst Samen und Früchte hervorbringen. Die regelmäßige Abfolge von Tag und Nacht, von Sommer und Winter wurde vermutlich zum ersten Mal mit der Himmelsscheibe von Nebra vor etwa 4000 Jahren bildlich festgehalten. Die klassische Physik entdeckte die Gesetze der Mechanik und Elektrodynamik, die moderne Physik reduziert die Vielfalt aller Erscheinungen auf die Wechselwirkung zwischen Quarks und Leptonen. Die Welt begann aber nicht in der vollen Komplexität, wie wir sie heute beobachten, sondern aus einfachsten Anfängen: Aus einem mathematischen Punkt entstand die Fülle der Sterne, aus einer Zelle entwickelte sich der Formenreichtum des Lebens, aus unbewusstem Sein wurde der die Außen- und Innenwelt reflektierende Mensch. Die modernen Wissenschaften bemühen sich zu verstehen, wie sich aus archaischen Anfängen und einfachen Regeln immer kompl
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,Die Einheit der Physik, |
Hermann Nicolai |
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Abstract
Lässt sich die gesamte Physik auf eine Formel reduzieren? Mit dem Standardmodell der Teilchenphysik und Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie ist die moderne Physik diesem Ziel schon sehr nahegekommen, doch bleiben immer noch entscheidende Fragen offen. Dieser Beitrag veranschaulicht, warum nicht wenige Physiker an eine letztgültige Vereinheitlichung der Naturgesetze glauben.
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,Was ist Raum, Zeit – und was Bewegung?, |
Dennis Lehmkuhl |
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Abstract
Bewegung verbindet Raum und Zeit. Aber: Welche Bewegungen sind natürlich, laufen ohne äußere Kräfte ab? Gibt es einen absoluten Raum? Ist Raum eine Eigenschaft oder eine Substanz? Viele Philosophen haben sich bemüht, diese Frage zu klären. Allen voran hat Albert Einstein unser heutiges Verständnis geprägt, der mit der Speziellen Relativitätstheorie die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von Bezugssystem in die Mechanik einführte und in der Allgemeinen Relativitätstheorie Beschleunigung und Gravitationsfelder als wesensgleich erkannte.
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,Würfelt Gott doch?, |
Günter Werth |
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Abstract
Albert Einstein konnte sich nie mit den Zumutungen der Quantenmechanik anfreunden. Eines der Phänomene, die ihm merkwürdig erschienen, ist die „Verschränkung“, nach der in bestimmten Fällen die Eigenschaften zweier Teilchen nur gemeinsam bestimmt sind. Eine Messung einer Eigenschaft an einem Teilchen legt demnach auch die des anderen fest – auch wenn die Entfernung zwischen ihnen eine Wechselwirkung und damit eine ursächliche Einflussnahme ausschließt. In einem Brief an Max Born schrieb Einstein 1926: „Die Quantenmechanik … liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, dass der nicht würfelt.“ Nach seiner Ansicht müssen in jeder Theorie alle Eigenschaften schon vor der Messung festgelegt sein und es darf keine „spukhaften Fernwirkungen“ geben. Dies ist mit der gegenwärtigen Formulierung der Quantenmechanik nicht zu vereinen. Daraus folgerten Einstein und seine Kollegen Rosen und Podolski, die Quantenmechanik könne nicht vollständig sein und müsse „verborgene Parameter“ enthalten. Viele Experimente haben jedoch genau das widerlegt und die Voraussagen der Quantenmechanik bestätigt.
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,Strukturen im Kosmos, |
Matthias Bartelmann |
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Abstract
Das Universum ist nicht gleichförmig, sondern reich strukturiert: Unsere unmittelbare kosmische Nachbarschaft zeigt große Leerräume und lange filamentartige Strukturen, markiert durch Galaxien. Der kosmische Mikrowellenhintergrund zeigt uns die Ursprünge dieser Strukturen, wie sie vor etwa 13,7 Milliarden Jahren waren. Wie aber könnten diese Strukturen entstanden sein? Und wie haben sie sich entwickelt? Diese beiden Fragen führen uns zunächst zum Postulat dunkler Materie und dann zu der Vorstellung, dass die kosmischen Strukturen durch Vakuumfluktuationen eines Quantenfeldes angelegt wurden, als das Universum Bruchteile von Sekunden alt war.
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,Eine neue Sicht auf das alte Universum, |
Christof Wetterich |
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Abstract
Am Anfang des Universums war fast nichts –Vakuum mit nur seltenen Elementarteilchen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegten. Erst später wurde das Plasma aus Elementarteilchen erzeugt, das unserem gängigen Urknallbild zugrunde liegt. Wie lange diese Anfangsperiode dauerte, hängt vom Konzept der Zeit ab. „Physikalische Uhren“ tickten unendlich oft, das Universum gab es schon immer. Nur in der unphysikalischen „Eigenzeit“ schrumpft die Anfangsperiode auf winzige Bruchteile von Sekunden zusammen.
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,Ein Rätsel der Kosmologie, |
Konrad Kleinknecht |
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Abstract
Würden alle Kräfte im Universum auf Materie und Antimaterie symmetrisch einwirken, wären beim Urknall gleiche Mengen Materie und Antimaterie aus Licht entstanden. Antimaterie ist aber in unserem Universum nicht mehr vorhanden, weil sie durch Zusammenstöße mit Materie vernichtet wurde. Dass ein Rest von Materie übrigblieb, nämlich das ganze uns bekannte Universum, lässt sich nur durch eine Verletzung der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie erklären. Könnte eine der bekannten vier Naturkräfte diesen Effekt bewirkt haben? Die Gravitation, die elektromagnetische Kraft, die starke oder schwache Kernkraft? Oder ist dafür eine fünfte „superschwache Kraft“ nötig? Lange Zeit war dies umstritten. In einer Serie von Experimenten am CERN konnten wir eine solche zusätzliche Kraft ausschließen und zeigen, dass die schwache Kraft die Symmetrieverletzung verursacht.
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,Supernovae, |
Friedrich Röpke |
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Abstract
In vielfältiger Weise tragen explodierende Sterne zur Entwicklung und zu unserem Verständnis des Universums bei. Diese Supernovae werden durch verschiedene physikalische Mechanismen erklärt. Als Energiequellen kommen die in einem Kollaps des Sterns freigesetzte gravitative Bindungsenergie oder die in thermonuklearer Explosion erzeugte nukleare Energie in Frage. Beide Arten von Supernovae sind für die Bildung schwerer Elemente verantwortlich und durch Abstandsmessungen zu entfernten Supernovae vom Typ Ia wurde die beschleunigte Expansion des Universums entdeckt.
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,Die Entstehung der Elemente, |
Achim Richter |
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Abstract
Nach dem Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren, bei dem die Elemente Wasserstoff und Helium entstanden, bildeten sich Sterne und ganze Galaxien. In diesen heißen und dichten Objekten finden kernphysikalische Prozesse statt, bei denen immer schwerere Elemente synthetisiert werden. So verschmelzen („fusionieren“) zum Beispiel drei Heliumkerne zu Kohlenstoff, zwei Kohlenstoffkerne zu Magnesium und so weiter. Derartige Fusionsprozesse enden stets bei Eisen. Schwerere Elemente – und damit die Mehrzahl aller Elemente im Periodensystem – werden auf den Neutroneneinfang von Atomkernen zurückgeführt. Dabei entstehen radioaktive Kerne, die schließlich wieder in stabile zerfallen. Dieser Prozess kann je nach den vorhandenen Neutronenflüssen langsam („slow“) oder rasch („rapid“) verlaufen. Die Neutronen für den s- und r-Prozess stammen dabei aus Supernova-Explosionen oder – wie erst kürzlich erstmals in astronomischen Beobachtungen nachgewiesen – aus der Vereinigung („merger“) von zwei Neutronensternen.
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,Lebendige Sonne, Ursprung des Lebens, |
Eberhard Klempt |
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Abstract
Die Sonne ist das Zentrum unseres Sonnensystems, sie spendet die für das Leben auf der Erde notwendige Energie. Diese wird im Inneren der Sonne durch stufenweises Verbrennen von Wasserstoff zu Helium bei Temperaturen um 15 Millionen Grad gewonnen. Dabei entstehen solare Neutrinos, die einen Blick in das Innere der Sonne gestatten. Ihre Anzahl entsprach nicht der Erwartung; daraus ergab sich der erste Hinweis darauf, dass Neutrinos nicht – wie Photonen – masselos sind. An der Oberfläche der Sonne herrschen Temperaturen von rund 5700 Grad Celsius. Seit etwa 4,57 Milliarden Jahren scheint die Sonne, und sie wird das noch mindestens weitere rund fünf Milliarden Jahre tun. Insgesamt hat sie für zehn bis dreizehn Milliarden Jahre Brennstoff. Geht dieser zur Neige, wird die Sonne jedoch nicht mal eben so abkühlen: Sie wird sich zu einem Roten Riesen aufblähen, der die inneren Planeten verschlingt.
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,Unsere Erde, |
Peter Rothe |
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Abstract
Unser Sonnensystem entstand aus einer lokalen Verdichtung in einer größeren Molekülwolke, die sich bei einer nahen Supernova-Explosion gebildet hatte. Die Wolke kollabierte vor knapp 4,6 Milliarden Jahren zu einem Protostern. In der Akkretionsscheibe um den Protostern bildeten sich aus dem Staub erste Brocken, die durch ihre gravitative Anziehung weiteres Material einsammelten. Das fortgesetzte Wachstum geschah hierarchisch durch immer seltenere Kollisionen zwischen immer größeren Körpern. In einem letzten großen Zusammenprall entstanden aus dem Protoplaneten Gaia die Erde und der Mond. Die Temperatur tief im Erdmantel stieg stark an, und die Mantelkonvektion setzte ein. Die aus ozeanischer und/oder kontinentaler Lithosphäre bestehenden Platten wandern auf dem oberen Erdmantel. Ihre Wanderungen führten zum Auseinanderbrechen der Urkontinente wie Pangaea und zum Aufwerfen von Gebirgen. Solche Bewegungen sind auch die Ursache für Erdbeben und Vulkanismus.
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,Der Anfang des Lebens, |
Klaus V. Kowallik |
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Abstract
Der Anfang des Lebens ist eng mit der frühen Entstehungsgeschichte der Erde verknüpft. Eisenhaltige Silikate mit einem Alter von etwa vier Milliarden Jahren sind die frühesten Zeugnisse eines biogenen Ursprungs von Kohlenstoff, entstanden nur etwa eine halbe Milliarde Jahre nach der Geburtsstunde unseres Planeten vor 4,56 Milliarden Jahren. Vermutlich hat sich der schrittweise Übergang von der abiotischen zur belebten Welt in eng begrenzten Porensystemen an den Kontaktzonen zwischen Erdrinde und Urozean ereignet, vergleichbar den unterseeischen hydrothermalen Quellen alkalischer Weißer Raucher an mittelozeanischen Rücken. Einzige Energiequelle waren reduzierte Gase wie Wasserstoff, Methan, Stickstoff, aus denen die ersten Organismen körpereigene Verbindungen mithilfe katalytisch aktiver Metalle synthetisierten. Robuste molekularphylogenetische Analysen unter Verwendung aller heute verfügbaren sequenzierten Genome prokaryotischer Organismen (Eubakterien und Archaeen) haben 355 Gene identifiziert, über die der letzte gemeinsame Vorläufer (LUCA, last universal common ancestor) allen rezenten Lebens verfügt haben muss. Dieser Vorläufer lebte unter Abwesenheit von Sauerstoff, seine Prot
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,Jede Zelle entsteht durch Teilung einer Zelle, |
Joseph W. Lengeler |
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Abstract
Heute entstehen Lebewesen ausschließlich aus lebenden Zellen, bei Vielzellern zumeist aus befruchteten Eizellen. Bei ihrer Vermehrung wird jeder neuen Zelle das vollständige genetische Programm vererbt, ebenso alle Materialien, das Programm umzusetzen. Jede einzelne Reaktion des gesamten Wachstums folgt bekannten Naturgesetzen, während der ganze Prozess strikt zweckgebunden auf die Selbstorganisation hin abläuft. Von außen gesehen scheint es dann, als verliefe der Prozess zielgerichtet. Dennoch ist zu dieser Selbstorganisation lebender Systeme keinerlei äußeres Programm notwendig; es reicht das innere Programm und die Zufuhr der erforderlichen Energie von außen.
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,Mechanismen der Evolution, |
Günter Theißen |
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Abstract
Zu erklären, wie das Leben in seinen vielfältigen und komplexen Erscheinungsformen entstanden ist, kann immer noch als eine der größten wissenschaftlichen Herausforderungen angesehen werden. Als gesichert gilt, dass Mutationen, Natürliche Selektion und zufällige Veränderungen von Allelfrequenzen (genetische Drift) wesentliche Ursachen des Evolutionsgeschehens sind. Viele Anpassungsvorgänge von Lebewesen an ihre Umwelt lassen sich damit weitgehend erklären. Umstritten ist aber, ob sich damit allein auch die Entstehung fundamentaler und komplexer Neuheiten in der Evolution hinreichend erklären lässt, wie etwa die Körperbaupläne der Tiere. Eine andere vieldiskutierte Frage ist, ob Evolution ausschließlich in unzähligen unmerklich kleinen Schritten erfolgt, oder ob es auch gelegentlich sprunghafte Evolutionsereignisse gibt. In dem Bemühen, dies zu klären, wurden in den letzten Jahrzehnten neuere Forschungsrichtungen etabliert, von denen eine der wichtigsten die Evolutionäre Entwicklungsbiologie ist. In deren Rahmen versucht man insbesondere zu erklären, wie Mutationen in Genen, die Entwicklungsprozesse steuern, zu komplexen evolutionären Veränderungen mehrzelliger Organismen wie Pflanz
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,Wie Tiere sich auseinanderleben, |
Matthias Glaubrecht |
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Abstract
Die Vielfalt des Lebens ist einerseits in sehr unterschiedlichen Bauplänen der Organismen dokumentiert, andererseits in einer unzähligen Fülle von Arten. Zwar haben Mücken und Mäuse, Kängurus und Korallen offensichtlich wenig miteinander gemeinsam. Dennoch zeigen molekulare Analysen aller Lebewesen gemeinsame Erbanlagen und Strukturen, die auf die frühe Entwicklungsgeschichte des Lebens auf der Erde verweisen. Mit dem Beginn des Kambriums tauchten vor rund 540 Millionen Jahren unvermittelt und wie aus dem Nichts neue Lebensformen, neue Baupläne und Tierstämme auf und hinterließen dank fossilisierungsfähiger Kalkpanzer und anderer Hartstrukturen ihre Spuren in den Sedimenten. Die spätere Diversifizierung der Lebewesen durch Anpassungen an ihre jeweilige Umwelt und die evolutiven Prozesse der Artenbildung ließen dann jene biologische Diversität von Genen, Arten und Gemeinschaften entstehen, die indes heute durch den Menschen als dominierendem Evolutionsfaktor bedroht ist.
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,Vom Menschenaffen zum modernen Menschen, |
Friedemann Schrenk |
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Abstract
Harte Belege für die Stammesgeschichte der Menschen sind vor allem fossile Fragmente von Knochen und Zähnen. Leider sind diese Funde spärlich – statistisch gesehen steht höchstens ein Fragment pro hundert Generationen Menschheitsgeschichte zur Verfügung. Fossilfunde aus Afrika belegen eine geografische Vielfalt an Homininen-Varianten vor sechs bis drei Millionen Jahren vor heute. Diese aufrecht gehenden Vormenschen entwickelten sich in Savannenlandschaften am Rande des tropischen Regenwaldes. Vor mehr als 2,5 Millionen Jahren führten Klima- und Umweltveränderungen zum Beginn der kulturellen Evolution und zur Entstehung der Gattung Mensch. Nur wenig später kam es zu ersten Expansionen der Frühmenschen von Afrika aus zunächst nach Asien und Südeuropa. Vor ca. 300.000 Jahren entstand Homo sapiens in Afrika, und eine Vielzahl von Zeitgenossen bevölkerte die Erde: etwa die Neandertaler in Europa, die Denisova-Menschen in Asien oder die Flores-Menschen in Südostasien. Moderne Menschen sind das Produkt großräumiger Expansionsbewegungen. Darüber hinaus zeigt die moderne Genetik, dass es bei heutigen Menschen keine Rassen gibt. Die gegenwärtige Abschottung von Homo sapiens in Wohlstandsregi
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,Der moderne Homo sapiens, |
Winfried Henke |
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Abstract
Der in der cartesianischen abendländischen Sichtweise verwurzelte Körper-Geist-Dualismus nimmt einen prinzipiellen Gegensatz zwischen Natur und Kultur an. Mit der von Charles Robert Darwin entwickelten Evolutionstheorie ist dieser Zwiespalt nicht vereinbar. Die Herausforderung der evolutionären Anthropologie besteht darin, auf der Basis der „Modernen Synthese“ die tief verwurzelte Natur-Kultur-Antinomie und den als unüberbrückbar erachteten Unterschied zwischen Mensch und Tier aufzulösen. Es gilt zu klären, wie sich der moderne Homo sapiens ohne jeden Schöpferplan, ohne finalistisches Prinzip, durch einen selbstorganisatorischen Evolutionsprozess zu dem komplexen Primaten entwickelte, dem Kultur zur natürlichen Ausstattung seiner Conditio humana wurde. Im Fokus steht hier seine Kulturfähigkeit, das sind die körperlichen und kognitiven Voraussetzungen zur Kulturbildung, gleichsam die biotischen Kulturdeterminanten, die vor jeder Kultur bereits existieren müssen. Um die Menschwerdung zu rekonstruieren, werden heute lebende Primaten unterschiedlicher Evolutionsniveaus miteinander modellhaft verglichen und deren evolutionäre Anpassung als Vorstufen (Praeadaptationen) für die Entwicklun
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,Macht Kunst den Menschen?, |
Harald Floss |
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Abstract
Vor ca. 40.000 Jahren begegnen wir erstmals einem der faszinierendsten Phänomene der Menschheitsgeschichte – der Kunst. Der Beitrag versucht, die anthropologischen Voraussetzungen, vor allem aber auch die gesellschaftlichen und religiösen Umstände herauszuarbeiten, aus denen vor langer Zeit Objekte und komplexe Befunde hervorgegangen sind, die wir heute der Kategorie „Kunst“ zuordnen. Ausgehend von den Elfenbeinfiguren aus vier Höhlen der Schwäbischen Alb, die seit Kurzem Teil des UNESCO-Weltkulturerbes sind, geht der Beitrag insbesondere auf das ambivalente Verhältnis zwischen Mensch und Tier ein. In den offenen Steppen des Eiszeitalters hatte sich zwischen Jagd und Ahnenverehrung offenbar ein besonderes Seinsgefüge zwischen diesen Lebewesen etabliert, das mit Konflikten verbunden war, die nur im Ritual gelöst werden konnten. Die Figuren und Höhlenbilder des Aurignacien erinnern uns an diese weitgehend im Dunkeln liegenden Vorgänge und zeigen uns, dass Kunst und Musik in der Frühzeit des Homo sapiens nicht nur ästhetischen Prinzipien folgen, sondern einer gesellschaftlichen Notwendigkeit entsprangen.
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,Vom Jäger und Sammler zum Bewohner von Städten, |
Joachim Bretschneider |
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Abstract
In der Regenfeldbau-Region des fruchtbaren Halbmondes im Gebiet des Mittleren Ostens vollzieht sich vor über 10.000 Jahren der entscheidende Wandel vom Jäger- und Sammlertum hin zur Subsistenzwirtschaft mit der Herausbildung bäuerlicher Dorfgemeinschaften, so wie sie das neolithische Jericho und Çatalhöyük belegen. Grundlage dieser, für die Menschheitsgeschichte so entscheidenden Transformation (der „Neolithischen Revolution“) waren veränderte Umweltfaktoren, die in Obermesopotamien die allmähliche Domestikation von Wildgetreide begünstigten und das Ende der altsteinzeitlichen Lebensweise herbeiführen sollten. Von den monumentalen Heiligtümern der letzten jägerischen Gesellschaften auf dem Göbekli Tepe bis hin zu Uruk, der ältesten Großstadt im vierten Jahrtausend v. Chr. mit der Erfindung von Schrift und Königtum war es nur noch ein kleiner Schritt.
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发表于 2025-3-21 19:07:08
