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Ökonomen wie Wirtschaftspolitiker berufen sich auf die Neutralitätstheorie des Geldes, wenn sie eine Entpolitisierung der Geldpolitik fordern. Sowohl die Theorie der Geldneutralität als auch das Paradigma der Entpolitisierung der Geldpolitik sind jedoch problematisch. Die politökonomischen Entwicklungen nach der globalen Finanz- und Wirtschaftskrise 2007/2008 und die jüngsten Kontroversen über die Rolle und Bedeutung von Geld haben dies deutlich vor Augen geführt. Die vorliegende Arbeit diskutiert zunächst die konzeptionellen Grundlagen und theoretischen Modelle der Geldneutralität. Anschließend werden die zentralen theoretischen Annahmen und Aussagen der Neutralitätstheorie aus einer kritischen heterodoxen Perspektive hinterfragt. Es wird argumentiert, dass Geld eine nicht-neutrale Produktionskraft ist, die weder ökonomisch noch sozial neutral ist. Die Bedingungen, unter denen Geld verfügbar ist und zirkuliert, sind richtungsweisend für die ökonomische Entwicklung. Daher kann es auch kein neutrales Geld oder gar eine apolitische Geldpolitik geben.
Downscaling of microfluidic cell culture and detection devices for electrochemical monitoring has mostly focused on miniaturization of the microfluidic chips which are often designed for specific applications and therefore lack functional flexibility. We present a compact microfluidic cell culture and electrochemical analysis platform with in-built fluid handling and detection, enabling complete cell based assays comprising on-line electrode cleaning, sterilization, surface functionalization, cell seeding, cultivation and electrochemical real-time monitoring of cellular dynamics. To demonstrate the versatility and multifunctionality of the platform, we explored amperometric monitoring of intracellular redox activity in yeast (Saccharomyces cerevisiae) and detection of exocytotically released dopamine from rat pheochromocytoma cells (PC12). Electrochemical impedance spectroscopy was used in both applications for monitoring cell sedimentation and adhesion as well as proliferation in the case of PC12 cells. The influence of flow rate on the signal amplitude in the detection of redox metabolism as well as the effect of mechanical stimulation on dopamine release were demonstrated using the programmable fluid handling capability. The here presented platform is aimed at applications utilizing cell based assays, ranging from e.g. monitoring of drug effects in pharmacological studies, characterization of neural stem cell differentiation, and screening of genetically modified microorganisms to environmental monitoring.
The Arabidopsis Kinome
(2014)
Background
Protein kinases constitute a particularly large protein family in Arabidopsis with important functions in cellular signal transduction networks. At the same time Arabidopsis is a model plant with high frequencies of gene duplications. Here, we have conducted a systematic analysis of the Arabidopsis kinase complement, the kinome, with particular focus on gene duplication events. We matched Arabidopsis proteins to a Hidden-Markov Model of eukaryotic kinases and computed a phylogeny of 942 Arabidopsis protein kinase domains and mapped their origin by gene duplication.
Results
The phylogeny showed two major clades of receptor kinases and soluble kinases, each of which was divided into functional subclades. Based on this phylogeny, association of yet uncharacterized kinases to families was possible which extended functional annotation of unknowns. Classification of gene duplications within these protein kinases revealed that representatives of cytosolic subfamilies showed a tendency to maintain segmentally duplicated genes, while some subfamilies of the receptor kinases were enriched for tandem duplicates. Although functional diversification is observed throughout most subfamilies, some instances of functional conservation among genes transposed from the same ancestor were observed. In general, a significant enrichment of essential genes was found among genes encoding for protein kinases.
Conclusions
The inferred phylogeny allowed classification and annotation of yet uncharacterized kinases. The prediction and analysis of syntenic blocks and duplication events within gene families of interest can be used to link functional biology to insights from an evolutionary viewpoint. The approach undertaken here can be applied to any gene family in any organism with an annotated genome.
Im Rahmen eines interdisziplinären studentischen Projekts wurde ein Framework für mobile pervasive Lernspiele entwickelt. Am Beispiel des historischen Lernortes Park Sanssouci wurde auf dieser Grundlage ein Lernspiel für Schülerinnen und Schüler implementiert. Die geplante Evaluation soll die Lernwirksamkeit von geobasierten mobilen Lernspielen messen. Dazu wird die Intensität des Flow-Erlebens mit einer ortsgebundenen alternativen Umsetzung verglichen.
Portal Wissen = Glauben
(2014)
Menschen wollen wissen, was wirklich ist. Kinder lassen sich gern eine Geschichte erzählen, aber spätestens mit vier Jahren fragten meine, ob diese Geschichte so passiert sei oder nur erfunden. Das setzt sich fort: Auch unsere wissenschaftliche Neugier wird vom Interesse befeuert herauszufinden, was wirklich ist. Selbst dort, wo wir poetische Texte oder Träume erforschen, tun wir es in der Absicht, die realen sprachlichen Strukturen bzw. die neurologischen Faktoren von bloß vermuteten zu unterscheiden. Im Idealfall können wir Ergebnisse präsentieren, die von anderen logisch nachvollzogen und empirisch wiederholbar sind. Meistens geht das aber nicht. Wir können nicht jedes Buch lesen und nicht in jedes Mikroskop schauen, nicht einmal innerhalb der eigenen Disziplin. Wie viel mehr sind wir in der Lebenswelt darauf angewiesen, den Ausführungen anderer zu vertrauen, wenn wir wissen wollen, wo es zum Bahnhof geht oder ob es in Ulan Bator schön ist. Deshalb haben wir uns daran gewöhnt, anderen Glauben zu schenken, vom Freund bis zum Tagesschausprecher. Das ist kein kindliches Verhalten, sondern eine Notwendigkeit. Freilich ist das riskant, denn alle anderen könnten uns – wie in der „Truman- Show“ – anlügen. In der Wirklichkeit wissen wir uns erst dann, wenn wir unser Selbstbewusstsein verlassen und akzeptieren, dass wir erstens nicht nur Objekte, sondern Subjekte im Bewusstsein von anderen sind, und zweitens, dass alle unsere dialogischen Beziehungen noch einmal von einem Dritten betrachtet werden, der nicht Teil dieser Welt ist.
Für Religiöse ist das der Glaube. Glaube als Unterstellung, dass alle menschlichen Beziehungen erst dann wirklich, ernst und über Zweifel erhaben sind, wenn sie sich vor den Augen Gottes wissen. Erst vor ihm ist etwas als es selbst und nicht nur „für mich“ oder „unter uns“. Daher unterscheidet die biblische Sprache drei Formen des Glaubens: die Beziehung zur Ding-Welt („glauben, dass“), die Beziehung zur Subjekt-Welt („jemandem glauben“) und die Annahme einer subjekthaften überirdischen Wirklichkeit („glauben an“). Wissenschaftstheoretisch gesehen ist Glaube also eine Totalhypothese. Glaube ist nicht das Gegenteil von Wissen, sondern der Versuch, Wirklichkeit vor dem Zweifel zu retten, indem man die fragile empirische Welt als Ausdruck einer stabilen transzendenten Welt begreift.
Oft wollen Studierende in Gesprächen nicht nur wissen, was ich weiß, sondern, was ich glaube. Als Religionswissenschaftler und gleichzeitig gläubiger Katholik sitze ich zwischen den Stühlen: Einerseits ist es als Professor meine Aufgabe, alles zu bezweifeln, d.h. jeden religiösen Text auf seine historischen Kontexte und soziologischen Funktionen zurückzuführen. Andererseits hält der Christ in mir bestimmte religiöse Dokumente – in meinem Fall die Bibel – zwar für einen interpretierbaren, aber doch irreversiblen, offenbarten Text, der vom Ursprung der Wirklichkeit handelt. Werktags ist das Neue Testament eine antike Schriftensammlung neben vielen anderen, am Sonntag ist es die Offenbarung. Beides kann klar unterschieden werden, aber es ist schwer zu entscheiden, ob das Zweifeln oder das Glauben wirklicher ist.
Das vorliegende Heft geht diesem doppelten Verhältnis zum Glauben nach: Wie steht Wissenschaft zum Glauben – ob religiös oder nicht? Wo bringt Wissenschaft Dinge ans Licht, die wir kaum glauben mögen oder uns (wieder) glauben lassen? Was passiert, wenn Forschung irrige Annahmen oder Mythen aufklärt? Ist Wissenschaft in der Lage, Dingen auf den Grund zu gehen, die zwar überzeugend, aber unerklärbar sind? Wie kann sie selbst glaubwürdig bleiben und sich dennoch weiterentwickeln?
In den Beiträgen dieser „Portal Wissen“ scheinen diese Fragen immer wieder auf. Sie bilden ein vielfältiges, spannendes und auch überraschendes Bild der Forschungsprojekte und der Wissenschaftler an der Universität Potsdam. Glauben Sie mir, es erwartet Sie eine anregende Lektüre!
Prof. Dr. Johann Hafner
Professor für Religionswissenschaft mit dem Schwerpunkt Christentum
Dekan der Philosophischen Fakultät
Geometric electroelasticity
(2014)
In this work a diffential geometric formulation of the theory of electroelasticity is developed which also includes thermal and magnetic influences. We study the motion of bodies consisting of an elastic material that are deformed by the influence of mechanical forces, heat and an external electromagnetic field. To this end physical balance laws (conservation of mass, balance of momentum, angular momentum and energy) are established. These provide an equation that describes the motion of the body during the deformation. Here the body and the surrounding space are modeled as Riemannian manifolds, and we allow that the body has a lower dimension than the surrounding space. In this way one is not (as usual) restricted to the description of the deformation of three-dimensional bodies in a three-dimensional space, but one can also describe the deformation of membranes and the deformation in a curved space. Moreover, we formulate so-called constitutive relations that encode the properties of the used material. Balance of energy as a scalar law can easily be formulated on a Riemannian manifold. The remaining balance laws are then obtained by demanding that balance of energy is invariant under the action of arbitrary diffeomorphisms on the surrounding space. This generalizes a result by Marsden and Hughes that pertains to bodies that have the same dimension as the surrounding space and does not allow the presence of electromagnetic fields. Usually, in works on electroelasticity the entropy inequality is used to decide which otherwise allowed deformations are physically admissible and which are not. It is alsoemployed to derive restrictions to the possible forms of constitutive relations describing the material. Unfortunately, the opinions on the physically correct statement of the entropy inequality diverge when electromagnetic fields are present. Moreover, it is unclear how to formulate the entropy inequality in the case of a membrane that is subjected to an electromagnetic field. Thus, we show that one can replace the use of the entropy inequality by the demand that for a given process balance of energy is invariant under the action of arbitrary diffeomorphisms on the surrounding space and under linear rescalings of the temperature. On the one hand, this demand also yields the desired restrictions to the form of the constitutive relations. On the other hand, it needs much weaker assumptions than the arguments in physics literature that are employing the entropy inequality. Again, our result generalizes a theorem of Marsden and Hughes. This time, our result is, like theirs, only valid for bodies that have the same dimension as the surrounding space.
Picosecond X-ray absorption spectroscopy (XAS) is used to investigate the electronic and structural dynamics initiated by plasmon excitation of 1.8 nm diameter Au nanoparticles (NPs) functionalised with 1-hexanethiol. We show that 100 ps after photoexcitation the transient XAS spectrum is consistent with an 8% expansion of the Au–Au bond length and a large increase in disorder associated with melting of the NPs. Recovery of the ground state occurs with a time constant of ∼1.8 ns, arising from thermalisation with the environment. Simulations reveal that the transient spectrum exhibits no signature of charge separation at 100 ps and allows us to estimate an upper limit for the quantum yield (QY) of this process to be <0.1.
Synchronization is a fundamental phenomenon in nature. It can be considered as a general property of self-sustained oscillators to adjust their rhythm in the presence of an interaction.
In this work we investigate complex regimes of synchronization phenomena by means of theoretical analysis, numerical modeling, as well as practical analysis of experimental data.
As a subject of our investigation we consider chimera state, where due to spontaneous symmetry-breaking of an initially homogeneous oscillators lattice split the system into two parts with different dynamics. Chimera state as a new synchronization phenomenon was first found in non-locally coupled oscillators system, and has attracted a lot of attention in the last decade. However, the recent studies indicate that this state is also possible in globally coupled systems. In the first part of this work, we show under which conditions the chimera-like state appears in a system of globally coupled identical oscillators with intrinsic delayed feedback. The results of the research explain how initially monostable oscillators became effectivly bistable in the presence of the coupling and create a mean field that sustain the coexistence of synchronized and desynchronized states. Also we discuss other examples, where chimera-like state appears due to frequency dependence of the phase shift in the bistable system.
In the second part, we make further investigation of this topic by modeling influence of an external periodic force to an oscillator with intrinsic delayed feedback. We made stability analysis of the synchronized state and constructed Arnold tongues. The results explain formation of the chimera-like state and hysteric behavior of the synchronization area. Also, we consider two sets of parameters of the oscillator with symmetric and asymmetric Arnold tongues, that correspond to mono- and bi-stable regimes of the oscillator.
In the third part, we demonstrate the results of the work, which was done in collaboration with our colleagues from Psychology Department of University of Potsdam. The project aimed to study the effect of the cardiac rhythm on human perception of time using synchronization analysis. From our part, we made a statistical analysis of the data obtained from the conducted experiment on free time interval reproduction task. We examined how ones heartbeat influences the time perception and searched for possible phase synchronization between heartbeat cycles and time reproduction responses. The findings support the prediction that cardiac cycles can serve as input signals, and is used for reproduction of time intervals in the range of several seconds.
We present an electrochemical MIP sensor for tamoxifen (TAM)-a nonsteroidal anti-estrogen-which is based on the electropolymerisation of an O-phenylenediamine. resorcinol mixture directly on the electrode surface in the presence of the template molecule. Up to now only. bulk. MIPs for TAM have been described in literature, which are applied for separation in chromatography columns. Electro-polymerisation of the monomers in the presence of TAM generated a film which completely suppressed the reduction of ferricyanide. Removal of the template gave a markedly increased ferricyanide signal, which was again suppressed after rebinding as expected for filling of the cavities by target binding. The decrease of the ferricyanide peak of the MIP electrode depended linearly on the TAM concentration between 1 and 100 nM. The TAM-imprinted electrode showed a 2.3 times higher recognition of the template molecule itself as compared to its metabolite 4-hydroxytamoxifen and no cross-reactivity with the anticancer drug doxorubucin was found. Measurements at + 1.1 V caused a fouling of the electrode surface, whilst pretreatment of TAM with peroxide in presence of HRP generated an oxidation product which was reducible at 0 mV, thus circumventing the polymer formation and electrochemical interferences.
The large-scale green synthesis of graphene-type two-dimensional materials is still challenging. Herein, we describe the ionothermal synthesis of carbon-based composites from fructose in the iron-containing ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrachloridoferrate(III), [Bmim][FeCl4] serving as solvent, catalyst, and template for product formation. The resulting composites consist of oligo-layer graphite nanoflakes and iron carbide particles. The mesoporosity, strong magnetic moment, and high specific surface area of the composites make them attractive for water purification with facile magnetic separation. Moreover, Fe3Cfree graphite can be obtained via acid etching, providing access to fairly large amounts of graphite material. The current approach is versatile and scalable, and thus opens the door to ionothermal synthesis towards the larger-scale synthesis of materials that are, although not made via a sustainable process, useful for water treatment such as the removal of organic molecules.
The synthesis of two novel types of π-expanded coumarins has been developed. Modified Knoevenagel bis-condensation afforded 3,9-dioxa-perylene-2,8-diones. Subsequent oxidative aromatic coupling or light driven electrocyclization reaction led to dibenzo-1,7-dioxacoronene-2,8-dione. Unparalleled synthetic simplicity, straightforward purification and superb optical properties have the potential to bring these perylene and coronene analogs towards various applications.
Weltweit streben Anti-Doping Institute danach jene Sportler zu überführen, welche sich unerlaubter Mittel oder Methoden bedienen. Die hierfür notwendigen Testsysteme werden kontinuierlich weiterentwickelt und neue Methoden aufgrund neuer Wirkstoffe der Pharmaindustrie etabliert. Gegenstand dieser Arbeit war es, eine parallele Mehrkomponentenanalyse auf Basis von Antigen-Antikörper Reaktionen zu entwickeln, bei dem es primär um Verringerung des benötigten Probevolumens und der Versuchszeit im Vergleich zu einem Standard Nachweis-Verfahren ging. Neben der Verwendung eines Multiplex Ansatzes und der Mikroarraytechnologie stellten ebenfalls die Genauigkeit aller Messparameter, die Stabilität des Versuchsaufbaus sowie die Performance über einen Einfach-Blind-Ansatz Herausforderungen dar. Die Anforderung an den Multiplex Ansatz, keine falschen Signale trotz ähnlicher Strukturen zu messen, konnte durch die gezielte Kombination von spezifischen Antikörpern realisiert werden. Hierfür wurden neben Kreuzreaktivitätstests auf dem Mikroarray parallel erfolgreich Western Blot Versuche durchgeführt. Jene Antikörper, welche in diesen Versuchen die gesetzten Anforderungen erfüllten, wurden für das Ermitteln der kleinsten nachweisbaren Konzentration verwendet. Über das Optimieren der Versuchsbedingungen konnte unter Verwendung von Tween in der Waschlösung sowohl auf Glas als auch auf Kunststoff die Hintergrundfluoreszenz reduziert und somit eine Steigerung des Signal/Hintergrundverhältnisses erreicht werden. In den Versuchen zu Ermittlung der Bestimmungsgrenze wurde für das humane Choriongonadotropin (hCG-i) eine Konzentration von 10 mU/ml, für dessen beta-Untereinheit (hCG-beta) eine Konzentration von 3,6 mU/ml und für das luteinisierende Hormon (LH) eine Konzentration von 10 mU/ml bestimmt. Den ermittelten Wert im Serum für das hCG-i entspricht dem von der Welt-Anti-Dopin-Agentur (WADA) geforderten Wert in Urin von 5 mU/ml. Neben der Ermittlung von Bestimmungsgrenzen wurden diese hinsichtlich auftretender Matrixeffekte in Serum und Blut gemessen. Wie aus den Versuchen zur Ermittlung von Kreuzreaktivitäten auf dem Mikroarray zu entnehmen ist, lassen sich das LH, das hCG-i und hCG-β ebenfalls in Serum und Blut messen. Die Durchführung einer Performance-Analyse über einem Einfach-Blind-Ansatz mit 130 Serum Proben, wurde ebenfalls über dieses System realisiert. Die ausgewerteten Proben wurden anschließend über eine Grenzwertoptimierungskurve analysiert und die diagnostische Spezifität ermittelt. Für die Messungen des LH konnte eine Sensitivität und Spezifität von 100% erreicht werden. Demnach wurden alle negativen und positiven Proben eindeutig interpretiert. Für das hCG-β konnte ebenfalls eine Spezifität von 100% und eine Sensitivität von 97% erreicht werden. Die hCG-i Proben wurden mit einer Spezifität von 100% und eine Sensitivität von 97,5% gemessen. Um den Nachweis zu erbringen, dass dieser Versuchsaufbau über mehrere Wochen stabile Signale bei Vermessen von identischen Proben liefert, wurde ein über zwölf Wochen angesetzter Stabilitätstest für alle Parameter erfolgreich in Serum und Blut durchgeführt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit erfolgreich eine Mehrkomponentenanalyse als Multiplex Ansatz auf einem Mikroarray entwickelt werden. Die Durchführung der Performance-Analyse und des Stabilitätstests zeigen bereits die mögliche Einsatzfähigkeit dieses Tests im Kontext einer Dopinganalyse.
Graphitic carbon nitride, g-C₃N₄, is a promising organic photo-catalyst for a variety of redox reactions. In order to improve its efficiency in a systematic manner, however, a fundamental understanding of the microscopic interaction between catalyst, reactants and products is crucial. Here we present a systematic study of water adsorption on g-C₃N₄ by means of density functional theory and the density functional based tight-binding method as a prerequisite for understanding photocatalytic water splitting. We then analyze this prototypical redox reaction on the basis of a thermodynamic model providing an estimate of the overpotential for both water oxidation and H⁺ reduction. While the latter is found to occur readily upon irradiation with visible light, we derive a prohibitive overpotential of 1.56 eV for the water oxidation half reaction, comparing well with the experimental finding that in contrast to H₂ production O₂ evolution is only possible in the presence of oxidation cocatalysts.
Portal Wissen = Zeit
(2014)
„Was ist also 'Zeit'?“ seufzt Augustinus von Hippo im 11. Buch seiner „Confessiones“ melancholisch, und fährt fort „Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es; will ich einem Fragenden es erklären, weiß ich es nicht.“ Auch heute, 1584 Jahre nach Augustinus, erscheint 'Zeit' immer noch rätselhaft. Abhandlungen über das Wesen der Zeit füllen Bibliotheken. Oder eben dieses Heft.
Wesensfragen sind den modernen Wissenschaften allerdings fremd. Zeit ist – zumindest in der Physik – unproblematisch. „Time is defined so that Motion looks simple“ erkärt man kurz und trocken, und verabschiedet sich damit vom Augustinischen Rätsel oder der Newtonschen Vorstellung einer absoluten Zeit, deren mathematischen Fluss man durch irdische Instrumente eh immer nur näherungsweise erfassen kann.
In der Alltagssprache, selbst in den Wissenschaften, reden wir zwar weiterhin vom Fluss der Zeit, aber Zeit ist schon lange keine natürliche Gegebenheit mehr. Zeit ist vielmehr ein konventioneller Ordnungsparameter für Änderung und Bewegung. Geordnet werden Prozesse, indem eine Klasse von Prozessen als Zählsystem dient, um andere Prozesse mit ihnen zu vergleichen und anhand der temporären Kategorien „vorher“, „während“ und „nachher“ anzuordnen.
Zu Galileis Zeiten galt der eigene Pulsschlag als Zeitstandard für den Flug von Kanonenkugeln. Mit zunehmender Verfeinerung der Untersuchungsmethoden erschien das zu unpraktisch: Die Weg-Zeit-Diagramme frei fliegender Kanonenkugeln erweisen sich in diesem Standard ziemlich verwackelt, schlecht reproduzierbar, und keineswegs „simpel“. Heutzutage greift man zu Cäsium-Atomen. Demnach dauert ein Prozess eine Sekunde, wenn ein 133Cs-Atom genau 9 192 631 770 Schwingungen zwischen zwei sogenannten Hyperfeinzuständen des Grundzustands vollführt hat. Und ein Meter ist die Entfernung, die Licht im Vakuum in exakt 1/299 792 458 Sekunden zurücklegt. Glücklicherweise sind diese Daten im General Positioning System GPS hart kodiert, so dass der Nutzer sie nicht jedes Mal aufs Neue eingeben muss, wenn er wissen will, wo er ist. Aber schon morgen muss er sich vielleicht ein Applet runterladen, weil der Zeitstandard durch raffinierte Übergänge in Ytterbium ersetzt wurde.
Der konventionelle Charakter des Zeitbegriffs sollte nicht dazu verführen zu glauben, alles sei irgendwie relativ und daher willkürlich. Die Beziehung eines Pulsschlags zu einer Atomuhr ist absolut, und genauso real, wie die Beziehung einer Sanduhr zum Lauf der Sonne. Die exakten Wissenschaften sind Beziehungswissenschaften. Sie handeln nicht vom Ding an sich, was Newton und Kant noch geträumt haben, sondern von Beziehungen – worauf schon Leibniz und später Mach hingewiesen haben.
Kein Wunder, dass sich für andere Wissenschaften der physikalische Zeit-Standard als ziemlich unpraktisch erweist. Der Psychologie der Zeitwahrnehmung entnehmen wir – und jeder wird das bestätigen können – dass das gefühlte Alter durchaus verschieden ist vom physikalischen Alter. Je älter man ist, desto kürzer erscheinen einem die Jahre.
Unter der einfachen Annahme, dass die gefühlte Dauer umgekehrt proportional zum physikalischen Alter ist, und man als Zwanzigjähriger ein physikalisches Jahr auch psychologisch als ein Jahr empfindet, ergibt sich der erstaunliche Befund, dass man mit 90 Jahren 90 Jahre ist. Und – bei einer angenommenen Lebenserwartung von 90 Jahren – mit 20 (bzw. 40) physikalischen Jahren bereits 67 (bzw. 82) Prozent seiner gefühlten Lebenszeit hinter sich hat.
Bevor man angesichts der „Relativität von Zeit“ selbst in Melancholie versinkt, vielleicht die Fortsetzung des Eingangszitats von Augustinus: „Aber zuversichtlich behaupte ich zu wissen, dass es vergangene Zeit nicht gäbe, wenn nichts verginge, und nicht künftige Zeit, wenn nichts herankäme, und nicht gegenwärtige Zeit wenn nichts seiend wäre.“ Tja – oder mit Bob Dylan „The times they're a changing“.
Ich wünsche Ihnen eine spannende Zeit bei der Lektüre dieser Ausgabe.
Prof. Dr. Martin Wilkens
Professor für Quantenoptik
Portal Wissen = Time
(2014)
“What then is time?”, Augustine of Hippo sighs melancholically in Book XI of “Confessions” and continues, “If no one asks me, I know; if I want to explain it to a questioner, I don’t know.” Even today, 1584 years after Augustine, time still appears mysterious. Treatises about the essence of time fill whole libraries – and this magazine.
However, questions of essence are alien to modern sciences. Time is – at least in physics – unproblematic: “Time is defined so that motion looks simple”, briefly and prosaically phrased, waves goodbye to Augustine’s riddle and to the Newtonian concept of absolute time, whose mathematical flow can only be approximately recorded with earthly instruments anyway.
In our everyday language and even in science we still speak of the flow of time but time has not been a natural condition for quite a while now. It is rather a conventional order parameter for change and movement. Processes are arranged by using a class of processes as a counting system in order to compare other processes and to organize them with the help of the temporary categories “before”, “during”, and “after”.
During Galileo’s time one’s own pulse was seen as the time standard for the flight of cannon balls. More sophisticated examination methods later made this seem too impractical. The distance-time diagrams of free-flying cannon balls turned out to be rather imprecise, difficult to replicate, and in no way “simple”. Nowadays, we use cesium atoms. A process is said to take one second when a caesium-133 atom completes 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between two hyperfine levels of the ground state. A meter is the length of the path travelled by light in a vacuum in exactly 1/299,792,458 of a second. Fortunately, these data are hard-coded in the Global Positioning System GPS so users do not have to reenter them each time they want to know where they are. In the future, however, they might have to download an app because the time standard has been replaced by sophisticated transitions to ytterbium.
The conventional character of the time concept should not tempt us to believe that everything is somehow relative and, as a result, arbitrary. The relation of one’s own pulse to an atomic clock is absolute and as real as the relation of an hourglass to the path of the sun. The exact sciences are relational sciences. They are not about the thing-initself as Newton and Kant dreamt, but rather about relations as Leibniz and, later, Mach pointed out.
It is not surprising that the physical time standard turned out to be rather impractical for other scientists. The psychology of time perception tells us – and you will all agree – that the perceived age is quite different from the physical age. The older we get the shorter the years seem. If we simply assume that perceived duration is inversely related to physical age and that a 20-year old also perceives a physical year as a psychological one, we come to the surprising discovery that at 90 years we are 90 years old. With an assumed life expectancy of 90 years, 67% (or 82%) of your felt lifetime is behind you at the age of 20 (or 40) physical years.
Before we start to wallow in melancholy in the face of the “relativity of time”, let me again quote Augustine. “But at any rate this much I dare affirm I know: that if nothing passed there would be no past time; if nothing were approaching, there would be no future time; if nothing were, there would be no present time.” Well, – or as Bob Dylan sings “The times they are a-changin”.
I wish you an exciting time reading this issue.
Prof. Martin Wilkens
Professor of Quantum Optics
Ausprägungen räumlicher Identität in ehemaligen sudetendeutschen Gebieten der Tschechischen Republik
(2014)
Das tschechische Grenzgebiet ist eine der Regionen in Europa, die in der Folge des Zweiten Weltkrieges am gravierendsten von Umbrüchen in der zuvor bestehenden Bevölkerungsstruktur betroffen waren. Der erzwungenen Aussiedlung eines Großteils der ansässigen Bevölkerung folgten die Neubesiedlung durch verschiedenste Zuwanderergruppen sowie teilweise langanhaltende Fluktuationen der Einwohnerschaft. Die Stabilisierung der Bevölkerung stand sodann unter dem Zeichen der sozialistischen Gesellschafts- und Wirtschaftsordnung, die die Lebensweise und Raumwahrnehmung der neuen Einwohner nachhaltig prägte. Die Grenzöffnung von 1989, die politische Transformation sowie die Integration der Tschechischen Republik in die Europäische Union brachten neue demographische und sozioökonomische Entwicklungen mit sich. Sie schufen aber auch die Bedingungen dafür, sich neu und offen auch mit der spezifischen Geschichte des ehemaligen Sudetenlandes sowie mit dem Zustand der gegenwärtigen Gesellschaft in diesem Gebiet auseinanderzusetzen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird anhand zweier Beispielregionen untersucht, welche Raumvorstellungen und Raumbindungen bei der heute in den ehemaligen sudetendeutschen Gebieten ansässigen Bevölkerung vorhanden sind und welche Einflüsse die unterschiedlichen raumstrukturellen Bedingungen darauf ausüben. Besonderes Augenmerk wird auf die soziale Komponente der Ausprägung räumlicher Identität gelegt, das heißt auf die Rolle von Bedeutungszuweisungen gegenüber Raumelementen im Rahmen sozialer Kommunikation und Interaktion. Dies erscheint von besonderer Relevanz in einem Raum, der sich durch eine gewisse Heterogenität seiner Einwohnerschaft hinsichtlich ihres ethnischen, kulturellen beziehungsweise biographischen Hintergrundes auszeichnet. Schließlich wird ermittelt, welche Impulse unter Umständen von einer ausgeprägten räumlichen Identität für die Entwicklung des Raumes ausgehen.
Rezensiertes Werk:
George, Rosemary Marangoly, Indian English and the Fiction of National Literature - Cambridge: Cambridge University Press, 2013. - Hb. viii, 285 pp. - (Zeitschrift für Anglistik und Amerikanistik ; 62(4)) ISBN 978-1-107-04000-7.
Magnetite is an iron oxide, which is ubiquitous in rocks and is usually deposited as small nanoparticulate matter among other rock material. It differs from most other iron oxides because it contains divalent and trivalent iron. Consequently, it has a special crystal structure and unique magnetic properties. These properties are used for paleoclimatic reconstructions where naturally occurring magnetite helps understanding former geological ages. Further on, magnetic properties are used in bio- and nanotechnological applications –synthetic magnetite serves as a contrast agent in MRI, is exploited in biosensing, hyperthermia or is used in storage media.
Magnetic properties are strongly size-dependent and achieving size control under preferably mild synthesis conditions is of interest in order to obtain particles with required properties. By using a custom-made setup, it was possible to synthesize stable single domain magnetite nanoparticles with the co-precipitation method. Furthermore, it was shown that magnetite formation is temperature-dependent, resulting in larger particles at higher temperatures. However, mechanistic approaches about the details are incomplete.
Formation of magnetite from solution was shown to occur from nanoparticulate matter rather than solvated ions. The theoretical framework of such processes has only started to be described, partly due to the lack of kinetic or thermodynamic data. Synthesis of magnetite nanoparticles at different temperatures was performed and the Arrhenius plot was used determine an activation energy for crystal growth of 28.4 kJ mol-1, which led to the conclusion that nanoparticle diffusion is the rate-determining step.
Furthermore, a study of the alteration of magnetite particles of different sizes as a function of their storage conditions is presented. The magnetic properties depend not only on particle size but also depend on the structure of the oxide, because magnetite oxidizes to maghemite under environmental conditions. The dynamics of this process have not been well described. Smaller nanoparticles are shown to oxidize more rapidly than larger ones and the lower the storage temperature, the lower the measured oxidation. In addition, the magnetic properties of the altered particles are not decreased dramatically, thus suggesting that this alteration will not impact the use of such nanoparticles as medical carriers.
Finally, the effect of biological additives on magnetite formation was investigated. Magnetotactic bacteria¬¬ are able to synthesize and align magnetite nanoparticles of well-defined size and morphology due to the involvement of special proteins with specific binding properties. Based on this model of morphology control, phage display experiments were performed to determine peptide sequences that preferably bind to (111)-magnetite faces. The aim was to control the shape of magnetite nanoparticles during the formation. Magnetotactic bacteria are also able to control the intracellular redox potential with proteins called magnetochromes. MamP is such a protein and its oxidizing nature was studied in vitro via biomimetic magnetite formation experiments based on ferrous ions. Magnetite and further trivalent oxides were found.
This work helps understanding basic mechanisms of magnetite formation and gives insight into non-classical crystal growth. In addition, it is shown that alteration of magnetite nanoparticles is mainly based on oxidation to maghemite and does not significantly influence the magnetic properties. Finally, biomimetic experiments help understanding the role of MamP within the bacteria and furthermore, a first step was performed to achieve morphology control in magnetite formation via co-precipitation.
New porous materials based on covalently connected monomers are presented. The key step of the synthesis is an acetalisation reaction. In previous years we used acetalisation reactions extensively to build up various molecular rods. Based on this approach, investigations towards porous polymeric materials were conducted by us. Here we wish to present the results of these studies in the synthesis of 1D polyacetals and porous 3D polyacetals. By scrambling experiments with 1D acetals we could prove that exchange reactions occur between different building blocks (evidenced by MALDI-TOF mass spectrometry). Based on these results we synthesized porous 3D polyacetals under the same mild conditions.
Stress drop is a key factor in earthquake mechanics and engineering seismology. However, stress drop calculations based on fault slip can be significantly biased, particularly due to subjectively determined smoothing conditions in the traditional least-square slip inversion. In this study, we introduce a mechanically constrained Bayesian approach to simultaneously invert for fault slip and stress drop based on geodetic measurements. A Gaussian distribution for stress drop is implemented in the inversion as a prior. We have done several synthetic tests to evaluate the stability and reliability of the inversion approach, considering different fault discretization, fault geometries, utilized datasets, and variability of the slip direction, respectively. We finally apply the approach to the 2010 M8.8 Maule earthquake and invert for the coseismic slip and stress drop simultaneously. Two fault geometries from the literature are tested. Our results indicate that the derived slip models based on both fault geometries are similar, showing major slip north of the hypocenter and relatively weak slip in the south, as indicated in the slip models of other studies. The derived mean stress drop is 5-6 MPa, which is close to the stress drop of similar to 7 MPa that was independently determined according to force balance in this region Luttrell et al. (J Geophys Res, 2011). These findings indicate that stress drop values can be consistently extracted from geodetic data.