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Die moderne Naturwissenschaft hat auch ihre prinzipiellen, intrinsischen Grenzen zum Thema gemacht; auf der „metatheoretischen“, nämlich der philosophischen und kulturellen Ebene erweist sie sich als offen für unterschiedliche, wissenschaftlich und logisch konsistente Deutungen - sowohl religiöse als auch agnostische. Die Wahl ist nicht nur eine Frage des Wissens, sondern der Weisheit und der Lebenskunst, und die wiederum spricht für anthropologischen und metaphysischen Optimismus. In diesem Essay geht es dabei um ein religionsfreundliches Selbst- und Weltverständnis, das die Reichweite der menschlichen Vernunft ebenso wie deren intrinsische Grenzen achtet. Es ergänzt und erweitert die Thematik der Schrift „Wissenschaft, Religion und die deutungsoffenen Grundfragen der Biologie“ (2009), (http://www.mpiwg-berlin.mpg.de/Preprints/P388.PDF). Es konzentriert sich nicht nur auf Biologie, es berührt auch den Vergleich immanenter und transzendenter Auffassungen im Allgemeinen und verweist auf einige zentrale theologische Aspekte, was die gegenwärtige Situation und das Verständnis des Christentums angeht. Es steht in Zusammenhang mit Schriften des Autors, die im BBAW edoc Server online verfügbar sind und in denen auch Literaturhinweise zur Thematik zu finden sind. Dazu gehören eine Monographie über Eriugena, al-Kindi, Nikolaus von Kues; Artikel zur Arbeitsgruppe „Humanprojekt“ der BBAW über „Bewusstsein – Reichweite und Grenzen naturwissenschaftlicher Erklärung“ und zum Band „Was ist der Mensch?“; sowie Beiträge zur Arbeitsgruppe „Gemeinsinn und Gemeinwohl“ und zum Thema der „Debatte 1“ der BBAW „Freiheit des menschlichen Willens“.
The introductory personal remarks refer to my motivations for choosing research projects, and for moving from physics to molecular biology and then to development, with Hydra as a model system. Historically, Trembley’s discovery of Hydra regeneration in 1744 was the begin¬ning of developmental biology as we understand it, with passionate debates about preformation versus de novo generation, mechanisms versus organisms. In fact, seemingly conflicting bottom-up and top-down concepts are both required in combination to understand development. In modern terms, this means analysing the molecules involved, as well as searching for physical principles underlying development within systems of molecules, cells and tissues. During the last decade, molecular biology has provided surprising and impressive evidence that the same types of mol¬ecules and molecular systems are involved in pattern formation in a wide range of organisms, including coelenterates like Hydra, and thus appear to have been “invented” early in evolution. Likewise, the features of certain systems, especially those of developmental regulation, are found in many different organisms. This includes the generation of spatial structures by the interplay of self-enhancing activation and “lateral” inhibitory effects of wider range, which is a main topic of my essay. Hydra regeneration is a particularly clear model for the formation of defined patterns within initially near-uniform tissues. In conclusion, this essay emphasizes the analysis of development in terms of physical laws, including the application of mathematics, and insists that Hydra was, and will continue to be, a rewarding model for understanding general features of embryogenesis and regeneration.
Beim Schreiben dieses Artikels, der auf Veränderungen der Kommunikations- und Publikationstechniken und ihre Bedeutung hinweist, ist uns mehr als je zuvor bewusst geworden, wie beschränkt das Medium Papier ist. Es gibt z. B. keine Hyperlinks, durch die man unmittelbar das Erwähnte erleben oder überprüfen kann. Ein schneller Wechsel vom Wort zum Bild, zum Ton oder Video ist nicht möglich. Wer will schon lange URLs abtippen und Medienbrüche erleiden? Wir haben uns daher entschlossen, eine textidentische Version dieses Artikels mit allen URLs - sie liegt Ihnen hier vor - elektronisch anzubieten und in der für die "Gegenworte" (BBAW) gekürzten Fassung nur durch [URL] anzudeuten, dass der Leser an dieser Stelle einfach in der elektronischen Version einen Klick ins Internet machen sollte. Und damit sind wir bereits mitten im Thema.
Abstract (ger): Reichweite und Grenzen naturwissenschaftlicher Erklärungen ergeben sich zum einen aus der universellen Gültigkeit physikalischer Gesetze, zum anderen aus intrinsischen Grenzen, zumal bei selbstbezüglichen Fragestellungen. In diesem Essay geht es um deutungsoffene Grundfragen in Zusammenhang mit der Beziehung von Wissenschaft und Religion: Der Unterscheidung von Tier und Mensch, der Entstehung der mentalen Fähigkeiten der biologischen Spezies „Mensch“, den naturgesetzlichen Voraussetzungen eines „lebensfreundlichen“ physikalischen Universums, und den Grenzen einer naturwissenschaftlichen Erklärung von menschlichem Bewusstsein. Naturwissenschaft kann auf der philosophischen, kulturellen und religiösen Ebene die Mehrdeutigkeit der Welt nicht auflösen. Agnostische und religiöse Grundauffassungen werden auf Dauer ko-existieren, und die Wahl ist nicht nur eine Frage des Wissens, sondern besonders auch der Weisheit und der Lebenskunst.
Das Alte Ägypten repräsentiert historisch einen der wenigen Fälle ursprünglicher Staatsentstehung. Anders als in anderen Kulturen, in denen lange kleinräumig-stadtstaatliche Formen dominierten, entstand hier schon sehr früh, am Ende des 4. Jahrtausends v.Chr. ein ausgedehnter Territorialstaat. Die archäologische Forschung der letzten Jahrzehnte hat einen reichen Schatz neuer Daten zur Staatsentstehung in Ägypten erbracht. Insbesondere wird ein langer historischer Vorlauf der Entstehung komplexer kultureller, sozialer, ökonomischer und politischer Strukturen bis in das frühe 4. Jahrtausend erkennbar. Hier kann nicht nur im regionalen Maßstab die Herausbildung stadtstaatlicher Strukturen beobachtet werden; auch im überregionalen Maßstab haben weiträumige Kommunikations- und Interaktionsnetzwerke (von der Levante nach Süden bis zum 2. Nilkatarakt) bestanden, die entscheidende strukturelle und funktionelle Aspekte des Territorialstaats der dynastischen Zeit vorwegnahmen. Dadurch wird die Entstehung der politischen Form dieses Staates in einem größeren strukturgeschichtlichen Kontext verankert; gleichzeitig wird die neue Frage nach den Entwicklungen und Transformationen der sozialen, ökonomischen und kulturellen Strukturen unter den neuen politischen Rahmenbedingungen des etablierten Staates aufgeworfen.
We expose analogies between turbulence in a fluid heated from below (Rayleigh-Bénard (RB) flow) and shear flows: The unifying theory for RB flow (S.Grossmann and D.Lohse, J.Fluid Mech. 407, 27-56 (2000) and subsequent refinements) can be extended to the flow between rotating cylinders (Taylor-Couette flow) and pipe flow. We identify wind dissipation rates and momentum fluxes that are analogous to the dissipation rate and heat flux in RB flow. The proposed unifying description for the three cases is consistent with the experimental data.
Psychology's territories - historical and contemporary perspective from different disciplines
(2007)
What determines the territories of psychology? How have the boundaries of psychological research and practice been developed in history, and how might or should they be changed nowadays? This volume presents new approaches to these questions, resulting from a three-year collaboration among internationally known psychologists, neuroscientists, social scientists and historians and philosophers of science from Germany and the United States under the auspices of the Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities. The authors reflect critically on traditional and current views of psychology on the basis of focused historical and contemporary case studies of three broad topic areas: How have psychological concepts been used in disciplines such as psychology, philosophy, or neuroscience, as well as in daily life? Has the use of instruments in psychological research expanded or restricted the discipline’s reach? And how have applications of psychological thinking and research worked in practical contexts? The volume thus presents essays that investigate the separations as well as the interactions between psychology and its neighboring disciplines and, moreover, essays that try to overcome disciplinary distinctions in exemplary ways. The contributions aim to make historical and philosophical studies of psychology relevant to contemporary concerns, and to show how psychology can profit from better interdisciplinary cooperation, thus improving mutual understanding between different scientific cultures.
Non-Oberbeck-Boussinesq (NOB) effects on the Nusselt number Nu and Reynolds number Re in strongly turbulent Rayleigh-Benard convection in liquids were investigated both experimentally and theoretically. In the experiment, the heat current, the temperature difference, and the temperature at the horizontal mid-plane were measured. Three cells of different heights L, all filled with water and all with aspect ratio T close to 1 were used. For each L, about 1.5 decades in Ra were covered, together spanning the ränge 108 < Ra < 1011. For the largest temperature difference between the bottom and top plates of ? = 40K the kinematic viscosity and the thermal expansion coefficient, due to their temperature dependence, varied by more than a factor of two. The Oberbeck-Boussinesq (OB) approximation of temperature independent material parameters thus was no longer valid. The ratio Ï? of the temperature drops across the bottom and top thermal boundary layers became as small as Ï? = 0.83, as compared to the ratio Ï? = 1 in the OB case. Nevertheless, the Nusselt number Nu was found to be only slightly smaller (at most 1.4%) than in the next larger cell with the same Rayleigh number, where the material parameters were still nearly height-independent. The Reynolds numbers in the OB and NOB case agreed with each other within the experimental resolution of about 2%, showing that NOB effects for this parameter were small as well. Thus Nu and Re are rather insensitive against even significant deviations from OB conditions. Theoretically, we first account for the robustness of Nu with respect to NOB corrections: the NOB effects in the top boundary layer cancel those which arise in the bottom boundary layer as long as they are linear in the temperature difference ?. The net effects on Nu are proportional to ?2 and thus increase only slowly and still remain minor despite drastic material parameter changes. We then extend the Prandtl-Blasius boundary-layer theory to NOB Rayleigh-Benard flow with temperature dependent viscosity and thermal diffusivity. This allows the calculation of the shift of the bulk temperature, the temperature drops across the boundary layers, and the ratio Ï? without introducing any fitting parameter. The calculated quantities are in very good agreement with experiment. When in addition we use the experimental finding that for water the sum of the top and bottom thermal boundary-layer widths (based on the slopes of the temperature profiles at the plates) remains unchanged under NOB effects within experimental resolution, the theory also gives the measured small Nusseltnumber reduction for the NOB case. In addition, it predicts an increase by about 0.5% of the Reynolds number, which is also consistent with the experimental data. By theoretically studying hypothetical liquids with only one of the material parameters being temperature dependent, we shed further light on the origin of NOB corrections in water: While the NOB deviation of x from its OB value Ï? = 1 mainly originates from the temperature dependence of the viscosity, the NOB correction of the Nusselt number primarily originates from the temperature dependence of the thermal diffusivity. Finally, we give the predictions from our theory for the NOB corrections if glycerol is used as operating liquid.
Die Anwendung der Naturgesetze auf das verhaltenslenkende Gehirn widerspricht auf den ersten Blick der Freiheit des menschlichen Willens. Entsprechendes gilt für die Anwendung der Allmacht Gottes auf alle Vorgänge einschliesslich des menschlichen Verhaltens. Bei einem zweiten Blick auf diese scheinbar so konsequenten Gedankengänge erkennt man aber Verstrickungen in Selbstbezüglichkeiten, die jeweils Mehrdeutigkeiten und Grenzen unseres möglichen Wissens implizieren. Diese zeigten sich schon in Gödels Grenzen mathematisch-logischer Entscheidbarkeit ebenso wie in Heisenbergs Unbestimmtheitsgesetzen der Quantenphysik. Entsprechende Grenzen könnte es für eine vollständige physikalisch begründete Theorie unseres Bewußtseins und damit auch des menschlichen Willens geben - schliesslich würde sie Bewußtsein von Bewußtsein implizieren. In der theologischen Gedankenlinie wiederum kann sich die Allmacht Gottes auch auf die Allmacht selbst richten, indem sie eine weise naturgesetzliche Ordnung ohne ständige göttliche Eingriffe begr ündet und darin den Menschen als Freien will - so etwa sahen es freiheitsfreundliche unter den Theologen wie Eriugena und Cusanus. Mein Essay weist darauf hin, dass selbst bei so verschiedenen Denkweisen wie den naturwissenschaftlichen und theologischen jeweils analoge Selbstbezüglichkeiten auftreten, die unsere Erkenntnis begrenzen.
Biological evolution and technological innovation, while differing in many respects, also share common features. In particular, the implementation of a new technology in the market is analogous to the spreading of a new genetic trait in a population. Technological innovation may occur either through the accumulation of quantitative changes, as in the development of the ocean clipper, or it may be initiated by a new combination of features or subsystems, as in the case of steamships. Other examples of the latter type are electric networks that combine the generation, distribution, and use of electricity, and containerized transportation that combines standardized containers, logistics, and ships. Biological evolution proceeds, phenotypically, in many small steps, but at the genetic level novel features may arise not only through the accumulation of many small, common mutational changes, but also when distinct, relatively rare genetic changes are followed by many further mutations. New evolutionary directions may be initiated by, in particular, some rare combinations of regulatory sections within the genome. The combinatorial type of mechanism may not be a logical prerequisite for biological innovation, but it can be efficient, especially when novel features arise out of already highly developed systems. Such is the case with the evolution of general, widely applicable capabilities of the human brain. Hypothetical examples include the evolution of strategic thought, which encompasses multiple self-representations, cognition-based empathy, meta-levels of abstraction, and symbolic language. These capabilities of biologically modern man may have been initiated, perhaps some 150 000 years ago, by one or few accidental but distinct combinations of modules and subroutines of gene regulation which are involved in the generation of the neural network in the cerebral cortex. This hypothesis concurs with current insights into the molecular biology of the combinatorial and hierarchical facets of gene regulation that underlie brain development. A theory of innovation encompassing technological as well as biological development cannot per se dictate alternative explanations of biological evolution, but it may help in adding weight and directing attention to notions outside the mainstream, such as the hypothesis that few distinct genetic changes were crucial for the evolution of modern man.
Die Entstehung der modernen Naturwissenschaften beruhte auf sehr spezifischen Merkmalen der daran beteiligten Kulturen, und doch sind ihre Erkenntnisse und Ergebnisse transkulturell und weltweit akzeptiert. So waren die Elektrizitätslehre und die Elektrotechnik spezifische Produkte der europäischen Kultur der Neuzeit, die ihrerseits auf einer bestimmten Sequenz und Kombination kultureller und interkultureller Entwicklungen bis zurück zur altgriechischen Philosophie aufbauten. Sie entstanden nicht in China, wo die Kraft des theoretischen Denkens nicht in gleicher Weise eingeschätzt wurde. Warum wurden dann aber moderne Wissenschaft und Technik transkulturell wirksam? Ein Hauptgrund dafür dürfte darin bestehen, daß die zugrunde liegenden kognitiven Fähigkeiten - Fähigkeiten der Abstraktion, des symbolischen und strategischen Denkens - auf einer biologischen Basis beruhen, die der gesamten heutigen Spezies Mensch gemeinsam ist. Gegenstand wissenschaftlicher Erkenntnis sind aber auch die prinzipiellen Grenzen der Erkenntnis; sie bedingen, daß naturwissenschaftliches Denken, das seine eigenen Grenzen kritisch reflektiert, auf der metatheoretischen Ebene mit verschiedenen philosophischen und kulturellen Interpretationen des Menschen und der Welt vereinbar ist. Dazu gehören auch religiöse Interpretationen, die die Ordnung der Natur mit dem menschlichen Geist verbinden und es dem Menschen aufgeben, diese Ordnung mit Hilfe seines Denkens zu erleben und zu erfahren.
Modern brain research related to consciousness has resulted in many interesting in- sights, for example into the neurobiological basis of attention and of language. In biological terms, human consciousness appears as a system’s feature of our brain, with neural processes strictly following the laws of physics. This does not necessarily imply, however, that there can be a general and comprehensive scientific theory of consciousness. Predictions of the extent to which such a theory may become possi- ble vary widely in the scientific community. There are reasons - not only practical but also epistemological - why the brain-mind relation may not be fully decodable by finite procedures. In particular, analogies with mathematical theorems of un- decidability suggest that self-referential features of consciousness, such as multiple self-representations like those involved in strategic thought, may not be fully resolv- able by brain analysis. Assuming such limitations exist, this implies that ob jective analysis cannot exhaust sub jective experience in principle. A person’s consciousness and will are accessible to external observation only within limits. In some respects, we do not even learn to know ourselves except by our actions. It thus appears that a scientific look at consciousness and the human mind, combining universal physi- calism with epistemological scepticism, is not inconsistent with certain concepts of sub jectivity that are current in the humanities, despite all the differences in the style and terminology of discourse.
Unsere Kulturfähigkeit ist ein Ergebnis der biologischen Evolution der Spezies “Mensch”; die einzelne Kultur selbst jedoch ist ein Produkt gesellschaftlicher Entwicklungen, Differenzierungen und Traditionen. Der Kulturvergleich zeigt uns erhebliche Spielräume für Ausprägungen von Gemeinsinn. Da dessen Aktivierung wesentlich zur Lebensqualität einer Gesellschaft beiträgt, sind Versuche einer realistischen Einschätzung kultureller Gestaltungsspielräume in dieser Hinsicht sinnvoll. Sie sind nicht zuletzt durch die biologischen Grund- und Randbedingungen der Spezies Mensch gegeben und begrenzt, zumal hinsichtlich von Anlagen zu altruistischem und kooperativem Verhalten. Während bis vor kurzem Soziobiologen und Sozialwissenschaftler oft wenig Neigung zu gegenseitigem Verständnis zeigten, zumal manche Biologen relativ extreme Theorien über genetisch angelegte egoistische Verhaltensanlagen vertraten, verstehen sich neuere, durch die Spieltheorie beeinflusste und sehr allgemeine psychische Disposition betonende Linien soziobiologischen Denkens dazu, auch ausgesprochen freundliche Eigenschaften unserer Spezies zu erklären und zu begründen. Sie kommen sozialwissenschaftlichen Bestrebungen entgegen, zum Beispiel in Zusammenhang mit Theorien begrenzt rationalen Verhaltens, in denen die Fairness eine wesentliche Rolle spielt. Besondere Aufmerksamkeit verdienen in diesem Zusammenhang die biologisch angelegte Fähigkeit zu kognitionsgestützter Empathie sowie die fragile Anlage “Vertrauensbereitschaft”, von denen die Effizienz und das Wohlbefinden in einer Gesellschaft wesentlich abhängen. Insgesamt kann eine - keineswegs unkritische - Beachtung evolutionsbiologischer Aspekte menschlicher Verhaltensdispositionen zu einer realistischen Einschätzung der knappen Ressource “Gemeinsinn” beitragen. Sie ist in Grenzen durchaus ein auch in der Natur des Menschen angelegtes Potential. Dies ist jedoch - unter Beachtung eben dieser Grenzen - behutsam zu aktivieren. Moralische Überforderungen, welche die natürlichen Anlagen des Menschen missachten, sind kontraproduktiv.
The topic of this article is the relation between bottom-up and top-down, reductionist and “holistic” approaches to the solution of basic biological problems. While there is no doubt that the laws of physics apply to all events in space and time, including the domains of life, understanding biology depends not only on elucidating the role of the molecules involved, but, to an increasing extent, on systems theoretical approaches in diverse fields of the life sciences. Examples discussed in this article are the generation of spatial patterns in development by the interplay of autocatalysis and lateral inhibition; the evolution of integrating capabilities of the human brain, such as cognition-based empathy; and both neurobiological and epistemological aspects of scientific theories of consciousness and the mind.
Der Artikel verweist auf die eindrucksvollen Beiträge moderner bewusstseinsnaher Hirnforschung zum Verständnis höherer Leistungen und Fähigkeiten des menschlichen Gehirns, geht dann aber auf Gründe für prinzipielle Grenzen einer naturwissenschaftlichen Erklärung unseres Bewusstseins ein. Insbesondere stehen entscheidungstheoretische Gründe vermutlich einer vollständigen Dekodierung der Gehirn-Geist-Beziehung entgegen, zumal hinsichtlich selbstbezogener Aspekte. Dies impliziert unter anderem, dass dem Einstieg in fremdes Bewusstsein Grenzen gesetzt sind, was die Gedanken, das Wissen und den Willen Anderer angeht - und doch gibt es oft zu wenig Bescheidenheit und Zurückhaltung im Urteil über angeblich genau bekannte fremde Motive.
Understanding cooperative human behaviour depends on insights into the biological basis of human altruism, as well as into socio-cultural development. In terms of evolutionary theory, kinship and reciprocity are well established as underlying cooperativeness. Reasons will be given suggesting an additional source, the capability of a cognition-based empathy that may have evolved as a by-product of strategic thought. An assessment of the range, the intrinsic limitations, and the conditions for activation of human cooperativeness would profit from a systems approach combining biological and socio-cultural aspects. However, this is not yet the prevailing attitude among contemporary social and biological scientists who often hold prejudiced views of each other's notions. It is therefore worth noticing that the desirable integration of aspects has already been attempted, in remarkable and encouraging ways, in the history of thought on human nature. I will exemplify this with the ideas of the fourteenth century Arab-Muslim historian Ibn Khaldun. He set out to explicate human cooperativeness - "asabiyah" - as having a biological basis in common descent, but being extendable far beyond within social systems, though in a relatively unstable and attenuated fashion. He combined psychological and material factors in a dynamical theory of the rise and decline of political rulership, and related general social phenomena to basic features of human behaviour influenced by kinship, expectation of reciprocity, and empathic emotions.
Der Vortrag über den im Titel „Naturwissenschaft und Menschenbild“ umschriebenen Problemkreis, der natur- und kulturwissenschaftliche Aspekte betrifft, bildete den Abschluss des Symposiums über das Thema „Wie entstehen neue Qualitäten in komplexen Systemen“ am 18. Dezember 1998 in Berlin zum 50-jährigen Gründungsjubiläum der Max-Planck-Gesellschaft. Schwerpunkte sind Reichweite und Grenzen naturwissenschaftlicher Erklärung von Bewusstsein, evolutionsbiologische Grundlagen von Kooperativität und Empathie, sowie die kulturellen Verallgemeinerungs- und Gestaltungsmöglichkeiten biologisch angelegter Fähigkeiten, insbesondere was die Aktivierung der fragilen und begrenzten, aber durchaus realen und wichtigen Ressource „Gemeinsinn“ angeht.
The development of modern science has depended strongly on specific features of the cultures involved; however, its results are widely and transculturally accepted and applied. The science and technology of electricity, for example, emerged as a specific product of post-Renaissance Europe, rooted in the Greek philosophical tradition that encourages explanations of nature in theoretical terms. It did not evolve in China presumably because such encouragement was missing. The transcultural acceptance of modern science and technology is postulated to be due, in part, to the common biological dispositions underlying human cognition, with generalizable capabilities of abstract, symbolic and strategic thought. These faculties of the human mind are main prerequisites for dynamic cultural development and differentiation. They appear to have evolved up to a stage of hunters and gatherers perhaps some 100 000 years ago. However, the extent of the correspondence between some constructions of the human mind and the order of nature, as revealed by science, is a late insight of the last two centuries. Unless we subscribe to extreme forms of constructivism or historical relativism, we may take the success and the formal structure of science as indications of a close, intrinsic relation between the physical and the mental, between the order of nature and the structure of human cognition. At the metatheoretical level, however, modern science is consistent with philosophical and cultural diversity.
In drei Fallstudien werden Aspekte der Entwicklung der ägyptischen Keramik im Zeitraum vom Alten zum Mittleren Reich (ca. 2700-1900 v.Chr.) analysiert. Die dabei erhobenen archäologischen Befunde werden jeweils in den Kontext der soziokulturellen Gesamtsituation gestellt und vor diesem Hintergrund als Ergebnis der Anpassung an die sozialen Rahmenbedingungen sowie der Optimierung unter den jeweils spezifischen Verhältnissen interpretiert. Dabei werden die staatswirtschaftlich geprägte Organisationsform des hohen Alten Reiches und die dezentrale Breitenkultur, die im ausgehenden Alten Reich entsteht, in ihren Auswirkungen auf die keramische Produktion kontrastiert.