Wissenschaftlicher Artikel (in einer Zeitschrift)
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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.
Die volle Anwendbarkeit der Physik auf die Biologie des menschlichen Gehirns bedeutet nicht notwendig, dass es ein finitistisches und zugleich vollständiges, algorithmisches Verfahren der Korrelation mentaler mit physikalischen Zuständen geben kann. Vielmehr gibt es Gründe für die Hypothese, dass eine umfassende Theorie der psychophysischen Beziehung prinzipiell unmöglich sein könnte. Diese Auffassung verbindet die Universalität der Physik mit der logischen Begrenztheit des menschlichen Denkens (z. B. in Bezug auf sich selbst) und betrachtet Bewusstsein - die ursprünglichste menschliche Erfahrung - nicht als Randphänomen. ++++ Die Zeitschrift RATIO erschien bis 1987 in einer deutschen und in einer englischen Ausgabe. Die englische Version des Artikels lautet: A. Gierer, The physical foundations of biology and the problems of psychophysics. RATIO XII, No. 1, 1970. S. 47-64.
Full applicability of physics to human biology does not necessarily imply that one can uncover a comprehensive, algorithmic correlation between physical brain states and corresponding mental states. The argument takes into account that information processing is finite in principle in a finite world. Presumbly the brain-mind-relation cannot be resolved in all essential aspects, particularly when high degrees of abstraction or self-analytical processes are involved. Our conjecture plausibly unifies the universal validity of physics and a logical limitation of human thought, and it does not regard consciousness -the most basic human experience - as a marginal phenomenon. ++++ RATIO appeared up to 1987 in both a German and an English version. The German title of this article: Alfred Gierer, Der physikalische Grundlegungsversuch in der Biologie und das psychophysische Problem. RATIO XII, Heft 1, 1970, S. 40-54.
Socioeconomic inequalities are functions not only of intrinsic differences between persons or groups, but also of the dynamics of their interactions. Inequalities can arise and become stabilized if there are advantages (such as generalized wealth including “human capital”) which are self-enhancing, whereas depletion of limiting resources is widely distributed. A recent theory of biological pattern formation has been generalized, adapted and applied to deal with this process. Applications include models for the non-Gaussian distribution of personal income and wealth, for overall economic growth in relation to inequalities and for effects of uncoupling strategies between developing and developed countries. Note added after publication: The equations (14) for the model of the income distribution, with its characteristic non-Gaussian extension towards higher incomes (fig.4), are closely related to the Fokker-Planck equation that is widely applied in many fields of physics.
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.
The short paper introduces the concept of possible branches of double-stranded DNA (later sometimes called palindromes): Certain sequences of nucleotides may be followed, after a short unpaired stretch, by a complementary sequence in reversed order, such that each DNA strand can fold back on itself, and the DNA assumes a cruciform or tree-like structure. This is postulated to interact with regulatory proteins.
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.
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.