530 Physik
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An einigen CT-Modellkomplexen in verschiedenen Lösungsmitteln und bei Temperaturen von 113-300 K sollte der Einfluß der Umgebung auf die Form und Lage der Absorption von CT-Komplexen unterschiedlicher Bindungsfestigkeit untersucht werden.
Dazu wurden bekannte Bandenprofilfunktionen auf ihre Anwendbar-keit geprüft. Da eine optimale Anpassung nicht möglich war, wurde eine neue Profilfunktion entwickelt, die eine bessere Beschreibung ergab.
Nach der Bestimmung der Gleichgewichtskonstante und des Extink-tionskoeffizienten konnte mit der Profilfläche das Übergangsmoment berechnet werden.
Die Lösungsmittelabhängigkeit wurde bei verschiedenen Brechzahlen und Dielektrizitätskonstanten untersucht.
Für feste Komplexe wurde eine spezielle Präparationstechnik gewählt. Die beobachteten Feinstrukturen und der auftretende Streuuntergrund werden diskutiert.
Intermolekulare Desaktivierung zwischen einem angeregten Fluorophor und einem Löscher durch Elektronenübertragung kann mit dynamischer und statischer Löschung beschrieben werden. Es wird vorgeschlagen den dynamischen Löschprozess in Transport- und Wechselwirkungsphase einzuteilen. Ergebnisse der Löschung der N-Heteroarene durch Naphthalen bei hohen Löscherkonzentrationen werden mit der statischen Löschung beschrieben. Außerdem werden CT-Systeme untersucht. Nach einem Überblick über statische Modelle zum Resonanzenergietransfer wird ein aus der Treffertheorie abgeleitetes Modell vorgestellt und an Beispielen getestet. Die Experimente sind computergesteuert.
We have used techniques of nonlinear dynamics to compare a special model for the reversals of the Earth's magnetic field with the observational data. Although this model is rather simple, there is no essential difference to the data by means of well-known characteristics, such as correlation function and probability distribution. Applying methods of symbolic dynamics we have found that the considered model is not able to describe the dynamical properties of the observed process. These significant differences are expressed by algorithmic complexity and Renyi information.
In the modern industrialized countries every year several hundred thousands of people die due to the sudden cardiac death. The individual risk for this sudden cardiac death cannot be defined precisely by common available, non-invasive diagnostic tools like Holter-monitoring, highly amplified ECG and traditional linear analysis of heart rate variability (HRV). Therefore, we apply some rather unconventional methods of nonlinear dynamics to analyse the HRV. Especially, some complexity measures that are basing on symbolic dynamics as well as a new measure, the renormalized entropy, detect some abnormalities in the HRV of several patients who have been classified in the low risk group by traditional methods. A combination of these complexity measures with the parameters in the frequency domain seems to be a promising way to get a more precise definition of the individual risk. These findings have to be validated by a representative number of patients.
We have studied bifurcation phenomena for the incompressable Navier-Stokes equations in two space dimensions with periodic boundary conditions. Fourier representations of velocity and pressure have been used to transform the original partial differential equations into systems of ordinary differential equations (ODE), to which then numerical methods for the qualitative analysis of systems of ODE have been applied, supplemented by the simulative calculation of solutions for selected initial conditions. Invariant sets, notably steady states, have been traced for varying Reynolds number or strength of the imposed forcing, respectively. A complete bifurcation sequence leading to chaos is described in detail, including the calculation of the Lyapunov exponents that characterize the resulting chaotic branch in the bifurcation diagram.
Aus dem Inhalt: 1. Einführung 2. Motivation für die nichtlineare Dynamik 3. Logistische Abbildung (Parabel-Abbildung) 4. Lorenz-Gleichungen 5. Fraktale Selbstähnlichkeit 6. Die Brownsche Bewegung 7. Stöße & Billards 8. Körper mit gravitativer Wechselwirkung 9. Glossar 10. Turbo-Pascal-Texte 11. IDL-Texte 12. Reduce-Texte
Strange nonchaotic attractors typically appear in quasiperiodically driven nonlinear systems. Two methods of their characterization are proposed. The first one is based on the bifurcation analysis of the systems, resulting from periodic approximations of the quasiperiodic forcing. Secondly, we propose th characterize their strangeness by calculating a phase sensitivity exponent, that measures the sensitivity with respect to changes of the phase of the external force. It is shown, that phase sensitivity appears if there is a non-zero probability for positive local Lyapunov exponents to occur.
Two deterministic processes leading to roughening interfaces are considered. It is shown that the dynamics of linear perturbations of turbulent regimes in coupled map lattices is governed by a discrete version of the Kardar-Parisi-Zhang equation. The asymptotic scaling behavior of the perturbation field is investigated in the case of large lattices. Secondly, the dynamics of an order-disorder interface is modelled with a simple two-dimensional coupled map lattice, possesing a turbulent and a laminar state. It is demonstrated, that in some range of parameters the spreading of the turbulent state is accompanied by kinetic roughening of the interface.
The Voyager 2 Photopolarimeter experiment has yielded the highest resolved data of Saturn's rings, exhibiting a wide variety of features. The B-ring region between 105000 km and 110000 km distance from Saturn has been investigated. It has a high matter density and contains no significance features visible by eye. Analysis with statistical methods has let us to the detection of two significant events. These features are correlated with the inner 3:2 resonances of the F-ring shepherd satellites Pandora and Prometheus, and may be evidence of large ring paricles caught in the corotation resonances.
The present paper is related to the problem of approximating the exact solution to the magnetohydrodynamic equations (MHD). The behaviour of a viscous, incompressible and resistive fluid is exemined for a long period of time. Contents: 1 The magnetohydrodynamic equations 2 Notations and precise functional setting of the problem 3 Existence, uniqueness and regularity results 4 Statement and Proof of the main theorem 5 The approximate inertial manifold 6 Summary
Projection methods based on wavelet functions combine optimal convergence rates with algorithmic efficiency. The proofs in this paper utilize the approximation properties of wavelets and results from the general theory of regularization methods. Moreover, adaptive strategies can be incorporated still leading to optimal convergence rates for the resulting algorithms. The so-called wavelet-vaguelette decompositions enable the realization of especially fast algorithms for certain operators.
We report on bifurcation studies for the incompressible magnetohydrodynamic equations in three space dimensions with periodic boundary conditions and a temporally constant external forcing. Fourier reprsentations of velocity, pressure and magnetic field have been used to transform the original partial differential equations into systems of ordinary differential equations (ODE), to which then special numerical methods for the qualitative analysis of systems of ODE have been applied, supplemented by the simulative calculation of solutions for selected initial conditions. In a part of the calculations, in order to reduce the number of modes to be retained, the concept of approximate inertial manifolds has been applied. For varying (incereasing from zero) strength of the imposed forcing, or varying Reynolds number, respectively, time-asymptotic states, notably stable stationary solutions, have been traced. A primary non-magnetic steady state loses, in a Hopf bifurcation, stability to a periodic state with a non-vanishing magnetic field, showing the appearance of a generic dynamo effect. From now on the magnetic field is present for all values of the forcing. The Hopf bifurcation is followed by furhter, symmetry-breaking, bifurcations, leading finally to chaos. We pay particular attention to kinetic and magnetic helicities. The dynamo effect is observed only if the forcing is chosen such that a mean kinetic helicity is generated; otherwise the magnetic field diffuses away, and the time-asymptotic states are non-magnetic, in accordance with traditional kinematic dynamo theory.
We report on bifurcation studies for the incompressible Navier-Stokes equations in two space dimensions with periodic boundary conditions and an external forcing of the Kolmogorov type. Fourier representations of velocity and pressure have been used to approximate the original partial differential equations by a finite-dimensional system of ordinary differential equations, which then has been studied by means of bifurcation-analysis techniques. A special route into chaos observed for increasing Reynolds number or strength of the imposed forcing is described. It includes several steady states, traveling waves, modulated traveling waves, periodic and torus solutions, as well as a period-doubling cascade for a torus solution. Lyapunov exponents and Kaplan-Yorke dimensions have been calculated to characterize the chaotic branch. While studying the dynamics of the system in Fourier space, we also have transformed solutions to real space and examined the relation between the different bifurcations in Fourier space and toplogical changes of the streamline portrait. In particular, the time-dependent solutions, such as, e.g., traveling waves, torus, and chaotic solutions, have been characterized by the associated fluid-particle motion (Lagrangian dynamics).
The bifurcation behaviour of the 3D magnetohydrodynamic equations has been studied for external forcings of varying degree of helicity. With increasing strength of the forcing a primary non-magnetic steady state loses stability to a magnetic periodic state if the helicity exceeds a threshold value and to different non-magnetic states otherwise.
We demonstrate the occurrence of regimes with singular continuous (fractal) Fourier spectra in autonomous dissipative dynamical systems. The particular example in an ODE system at the accumulation points of bifurcation sequences associated to the creation of complicated homoclinic orbits. Two different machanisms responsible for the appearance of such spectra are proposed. In the first case when the geometry of the attractor is symbolically represented by the Thue-Morse sequence, both the continuous-time process and its descrete Poincaré map have singular power spectra. The other mechanism owes to the logarithmic divergence of the first return times near the saddle point; here the Poincaré map possesses the discrete spectrum, while the continuous-time process displays the singular one. A method is presented for computing the multifractal characteristics of the singular continuous spectra with the help of the usual Fourier analysis technique.
Die Produktion von Polyrhythmen ist ein wichtiger experimenteller Zugang für die Untersuchung der menschlichen Motorik. Durch Variation des Tempos (externer Kontrollparameter) bei rhythmischen Bewegungsabläufen können qualitative Übergänge in der Koordinationsdynamik induziert werden. Diese Übergänge lassen sich mit der Methode der symbolischen Dynamik in experimentellen Zeitreihen nachweisen und sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass die untersuchten Bewegungsabläufe nichtlinearen Kontrollprozessen unterliegen. Die theoretische Beschreibung bimanueller Rhythmusproduktion mit gekoppelten Differenzengleichungen führt auf ein Modell mit nichtlinearer Fehlerkontrolle. Es ist eine wichtige Eigenschaft der Kontrollprozesse, dass sie mit zeitverzögerter Rückkopplung arbeiten. Neben deterministischen Steuerungsmechanismen ist die Motorik des Menschen ausserdem von Fluktuationen auf zwei Ebenen gekennzeichnet, der kognitiven Kontrollebene und der Ebene der motorischen Systeme. Daher ist die Koordination von Bewegungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen nichtlinearen, zeitverzögerten Kontrollprozessen und stochastischen Fluktuationen.
The dynamics of tail-like current sheets under the influence of small-scale plasma turbulence
(1999)
A 2D-magnetohydrodynamic model of current-sheet dynamics caused by anomalous electrical resistivity as result of small-scale plasma turbulence is proposed. The anomalous resistivity is assumed to be proportional to the square of the gradient of the magnetic pressure as may be valid for instance in the case of lower-hybrid-drift turbulence. The initial resistivity pulse is given. Then the temporal and spatial evolution of the magnetic and electric fields, plasma density, pressure, convection and resistivity are considered. The motion of the induced electric field is discussed as indicator of the plasma disturbances. The obtained results found using much improved numerical methods show a magnetic field evolution with x-line formation and plasma acceleration. Besides, in the current sheet, three types of magnetohydrodynamic waves occur, fast magnetoacoustic waves of compression and rarefaction as well as slow magnetoacoustic waves.
Die Arbeit stellt neu entwickelte Röntgenbeugungsmethoden vor, mit deren Hilfe der Verzerrungszustand des Kristallgitters von Halbleiter-Wafern und -Bauteilen im Detail charakterisiert werden kann. Hierzu werden die aussergewöhnlichen Eigenschaften der an modernen Synchrotrons wie der ESRF (Grenoble) verfügbaren Röntgenstrahlung genutzt. Im ersten Teil der Arbeit werden Röntgen-Diffraktometrie und -Topographie zu einer Untersuchungsmethode kombiniert, mit der die makroskopische Krümmung von Halbleiter-Wafern ebenso wie ihre mikroskopische Defektstruktur abgebildet werden kann. Der zweite Teil ist der Untersuchung von epitaktisch gewachsenen und geätzten Oberflächengittern mit Abmessungen im Submikrometer-Bereich gewidmet. Die unterschiedlichen Gitterkonstanten der beteiligten Halbleitermaterialien führen zu einem inhomogenen Verzerrungsfeld in der Probe, das sich im Röntgenbild durch eine charakteristische Verformung des Beugungsmusters in der Umgebung der Bragg-Reflexe äussert. Die Analyse der experimentell gemessenen Beugungsmuster geschieht mit Hilfe eines neu entwickelten Simulationsverfahrens, das Elastizitätstheorie und eine semi-kinematische Röntgenbeugungstheorie miteinander verbindet. Durch quantitativen Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten kann auf den genauen Verlauf des Verzerrungsfeldes in den Proben zurückgeschlossen werden. Dieses Verfahren wird erfolgreich auf verschiedene Halbleiter-Probensysteme angewendet, und schliesslich auch auf die Untersuchung von akustischen Oberflächenwellen in Halbleiterkristallen übertragen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Annahme, dass den Erdbeben ein selbstorganisiert kritischer Zustand der Erdkruste zugrunde liegt. Mit Hilfe einer Erweiterung bisheriger Modelle wird gezeigt, dass ein solcher Zustand nicht nur für die Grössenverteilung der Erdbeben (Gutenberg-Richter Gesetz), sondern auch für das beobachtete raumzeitliche Auftreten, z.B. für das Omori-Gesetz für Nachbebenserien, verantwortlich sein kann. Desweiteren wird die Frage nach der Vorhersagbarkeit grosser Erdbeben in solchen Modellsimulationen untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Seismizität anhand von Erdbebenkatalogen. Es werden neue Verfahren der Datenanalyse entwickelt, die Aufschluss darüber geben sollen, ob der seismischen Dynamik ein stochastischer oder ein deterministischer Prozess zugrunde liegt und was daraus für die Vorhersagbarkeit starker Erdbeben folgt. Es wird gezeigt, dass seismisch aktive Regionen häufig durch nichtlinearen Determinismus gekennzeichent sind. Dies schließt zumindest die Möglichkeit einer Kurzzeitvorhersage ein. Das Auftreten seismischer Ruhe wird häufig als Vorläuferphaenomen für starke Erdbeben gedeutet. Es wird eine neue Methode präsentiert, die eine systematische raumzeitliche Kartierung seismischer Ruhephasen ermöglicht. Die statistische Signifikanz wird mit Hilfe des Konzeptes der Ersatzdaten bestimmt. Als Resultat erhält man deutliche Korrelationen zwischen seismischen Ruheperioden und starken Erdbeben. Gleichwohl ist die Signifikanz dafür nicht hoch genug, um eine Vorhersage im Sinne einer Aussage über den Ort, die Zeit und die Stärke eines zu erwartenden Hauptbebens zu ermöglichen.