Challenges in using science-based shoreline setbacks: Examples from South Carolina

Beachfront jurisdictional lines were established by the South Carolina Beachfront Management Act (SC Code §48- 39-250 et seq.) in 1988 to regulate the new construction, repair, or reconstruction of buildings and erosion control structures along the state’s ocean shorelines. Building within the state’s beachfront “setback area” is allowed, but is subject to special regulations. For “standard beaches” (those not influenced by tidal inlets or associated shoals), a baseline is established at the crest of the primary oceanfront sand dune; for “unstabilized inlet zones,” the baseline is drawn at the most landward point of erosion during the past forty years. The parallel setback line is then established landward of the baseline a distance of forty times the long-term average annual erosion rate (not less than twenty feet from the baseline in stable or accreting areas). The positions of the baseline and setback line are updated every 8-10 years using the best available scientific and historical data, including aerial imagery, LiDAR, historical shorelines, beach profiles, and long-term erosion rates. One advantage of science-based setbacks is that, by using actual historical and current shoreline positions and beach profile data, they reflect the general erosion threat to beachfront structures. However, recent experiences with revising the baseline and setback line indicate that significant challenges and management implications also exist. (PDF contains 3 pages)

Topics in gravitational-wave science : macroscopic quantum mechanics and black hole physics

The theories of relativity and quantum mechanics, the two most important physics discoveries of the 20th century, not only revolutionized our understanding of the nature of space-time and the way matter exists and interacts, but also became the building blocks of what we currently know as modern physics. My thesis studies both subjects in great depths --- this intersection takes place in gravitational-wave physics.

Gravitational waves are "ripples of space-time", long predicted by general relativity. Although indirect evidence of gravitational waves has been discovered from observations of binary pulsars, direct detection of these waves is still actively being pursued. An international array of laser interferometer gravitational-wave detectors has been constructed in the past decade, and a first generation of these detectors has taken several years of data without a discovery. At this moment, these detectors are being upgraded into second-generation configurations, which will have ten times better sensitivity. Kilogram-scale test masses of these detectors, highly isolated from the environment, are probed continuously by photons. The sensitivity of such a quantum measurement can often be limited by the Heisenberg Uncertainty Principle, and during such a measurement, the test masses can be viewed as evolving through a sequence of nearly pure quantum states.

The first part of this thesis (Chapter 2) concerns how to minimize the adverse effect of thermal fluctuations on the sensitivity of advanced gravitational detectors, thereby making them closer to being quantum-limited. My colleagues and I present a detailed analysis of coating thermal noise in advanced gravitational-wave detectors, which is the dominant noise source of Advanced LIGO in the middle of the detection frequency band. We identified the two elastic loss angles, clarified the different components of the coating Brownian noise, and obtained their cross spectral densities.

The second part of this thesis (Chapters 3-7) concerns formulating experimental concepts and analyzing experimental results that demonstrate the quantum mechanical behavior of macroscopic objects - as well as developing theoretical tools for analyzing quantum measurement processes. In Chapter 3, we study the open quantum dynamics of optomechanical experiments in which a single photon strongly influences the quantum state of a mechanical object. We also explain how to engineer the mechanical oscillator's quantum state by modifying the single photon's wave function.

In Chapters 4-5, we build theoretical tools for analyzing the so-called "non-Markovian" quantum measurement processes. Chapter 4 establishes a mathematical formalism that describes the evolution of a quantum system (the plant), which is coupled to a non-Markovian bath (i.e., one with a memory) while at the same time being under continuous quantum measurement (by the probe field). This aims at providing a general framework for analyzing a large class of non-Markovian measurement processes. Chapter 5 develops a way of characterizing the non-Markovianity of a bath (i.e.,whether and to what extent the bath remembers information about the plant) by perturbing the plant and watching for changes in the its subsequent evolution. Chapter 6 re-analyzes a recent measurement of a mechanical oscillator's zero-point fluctuations, revealing nontrivial correlation between the measurement device's sensing noise and the quantum rack-action noise.

Chapter 7 describes a model in which gravity is classical and matter motions are quantized, elaborating how the quantum motions of matter are affected by the fact that gravity is classical. It offers an experimentally plausible way to test this model (hence the nature of gravity) by measuring the center-of-mass motion of a macroscopic object.

The most promising gravitational waves for direct detection are those emitted from highly energetic astrophysical processes, sometimes involving black holes - a type of object predicted by general relativity whose properties depend highly on the strong-field regime of the theory. Although black holes have been inferred to exist at centers of galaxies and in certain so-called X-ray binary objects, detecting gravitational waves emitted by systems containing black holes will offer a much more direct way of observing black holes, providing unprecedented details of space-time geometry in the black-holes' strong-field region.

The third part of this thesis (Chapters 8-11) studies black-hole physics in connection with gravitational-wave detection.

Chapter 8 applies black hole perturbation theory to model the dynamics of a light compact object orbiting around a massive central Schwarzschild black hole. In this chapter, we present a Hamiltonian formalism in which the low-mass object and the metric perturbations of the background spacetime are jointly evolved. Chapter 9 uses WKB techniques to analyze oscillation modes (quasi-normal modes or QNMs) of spinning black holes. We obtain analytical approximations to the spectrum of the weakly-damped QNMs, with relative error O(1/L^2), and connect these frequencies to geometrical features of spherical photon orbits in Kerr spacetime. Chapter 11 focuses mainly on near-extremal Kerr black holes, we discuss a bifurcation in their QNM spectra for certain ranges of (l,m) (the angular quantum numbers) as a/M → 1. With tools prepared in Chapter 9 and 10, in Chapter 11 we obtain an analytical approximate for the scalar Green function in Kerr spacetime.

A (efi)ciência da beleza : análise da presença do discurso científico na revista Nova

O objetivo deste trabalho é compreender a inserção da ciência (especialmente das ciências biomédicas e psicológicas) em um grande veículo de circulação brasileiro, a revista Nova, durante os 25 anos de sua publicação. Sobressaiu da análise do discurso da revista uma relação estreita entre ciência e estética, articulada em dois níveis: o primeiro refere-se à questão da legitimidade conferida pela ciência às preocupações estéticas com o corpo, ao torná-las um componente imprescindível da saúde física e mental; o segundo diz respeito ao modo como a ciência se coloca a serviço de um idéia que é ao mesmo tempo biológico, estético e moral. Uma análise diacrônica de Nova revela que durante os anos 70 era a psicologia que estava presente na revista, legitimando a busca da beleza e estabelecendo causas psicológicas para problemas estéticos. Já nos anos 80/90, a psicologia vai sendo substituída pela bioquímica, ao menos no que diz respeito à reflexão sobre as causas daqueles problemas. De um modo geral, o que se revela é um processo de crescente medicalização da beleza.

A clínica psicanalítica das toxicomanias

Esta dissertação propõe investigar o fenômeno das toxicomanias como conseqüência do declínio da imago paterna na cultura atual. O estudo foi iniciado pelo cotejamento do tema na teoria de Sigmund Freud e pela interpretação de que a toxicomania é uma resposta à satisfação sexual recalcada. A pesquisa explorou ainda esse tema no ensino escrito e falado de Jacques Lacan. O uso abusivo de drogas promove um gozo auto-erótico que busca liberar o toxicômano de ter que lidar com os impasses da castração. Por tal motivo foi explorada a queda da operatividade do significante Nome-do-Pai na atualidade. Se o significante autentica o sujeito do inconsciente e opera como regulador de gozo, a ascensão do objeto a ao zênite social provoca efeitos decisivos sobre o sujeito: a inconsistência do Outro, a predominância do discurso da ciência e do capitalista, e a proliferação dos novos sintomas. Nesse sentido, a segunda clínica de Lacan, a chamada clínica borromeana, foi utilizada para interpretar os modos de gozo na contemporaneidade. O atendimento de um paciente psicótico que faz uso de drogas mostrou a importância de trabalhar o diagnóstico diferencial para orientar a direção do tratamento.

Advanced density functional theory methods for materials science

In this work we chiefly deal with two broad classes of problems in computational materials science, determining the doping mechanism in a semiconductor and developing an extreme condition equation of state. While solving certain aspects of these questions is well-trodden ground, both require extending the reach of existing methods to fully answer them. Here we choose to build upon the framework of density functional theory (DFT) which provides an efficient means to investigate a system from a quantum mechanics description.

Zinc Phosphide (Zn₃P₂) could be the basis for cheap and highly efficient solar cells. Its use in this regard is limited by the difficulty in n-type doping the material. In an effort to understand the mechanism behind this, the energetics and electronic structure of intrinsic point defects in zinc phosphide are studied using generalized Kohn-Sham theory and utilizing the Heyd, Scuseria, and Ernzerhof (HSE) hybrid functional for exchange and correlation. Novel 'perturbation extrapolation' is utilized to extend the use of the computationally expensive HSE functional to this large-scale defect system. According to calculations, the formation energy of charged phosphorus interstitial defects are very low in n-type Zn₃P₂ and act as 'electron sinks', nullifying the desired doping and lowering the fermi-level back towards the p-type regime. Going forward, this insight provides clues to fabricating useful zinc phosphide based devices. In addition, the methodology developed for this work can be applied to further doping studies in other systems.

Accurate determination of high pressure and temperature equations of state is fundamental in a variety of fields. However, it is often very difficult to cover a wide range of temperatures and pressures in an laboratory setting. Here we develop methods to determine a multi-phase equation of state for Ta through computation. The typical means of investigating thermodynamic properties is via ’classical’ molecular dynamics where the atomic motion is calculated from Newtonian mechanics with the electronic effects abstracted away into an interatomic potential function. For our purposes, a ’first principles’ approach such as DFT is useful as a classical potential is typically valid for only a portion of the phase diagram (i.e. whatever part it has been fit to). Furthermore, for extremes of temperature and pressure quantum effects become critical to accurately capture an equation of state and are very hard to capture in even complex model potentials. This requires extending the inherently zero temperature DFT to predict the finite temperature response of the system. Statistical modelling and thermodynamic integration is used to extend our results over all phases, as well as phase-coexistence regions which are at the limits of typical DFT validity. We deliver the most comprehensive and accurate equation of state that has been done for Ta. This work also lends insights that can be applied to further equation of state work in many other materials.

Diálogo Constitucional e Correção Legislativa da Jurisprudência no Direito Tributário Brasileiro

No âmbito de uma democracia constitucional que adota o controle judicial de constitucionalidade, o Judiciário sempre possui o poder de ser o árbitro definitivo das questões constitucionais? O trabalho investiga as alternativas legislativas que o Congresso pode adotar com a intenção de corrigir decisões do Supremo Tribunal Federal, especialmente no Direito Tributário. Discute argumentos contrários à supremacia judicial, especialmente utilizando a doutrina norte-americana, e defende que a doutrina do diálogo constitucional pode desempenhar um papel relevante na interpretação constitucional, pois ressalta o fato de que o Legislativo possui uma importante participação na tarefa de definir o conteúdo da Constituição. Também são examinadas teorias da ciência política que trabalham com a hipótese de que as fronteiras entre os poderes no princípio da separação de poderes tornaram-se cinzentas. Neste sentido, a correção legislativa da jurisprudência pode preencher um importante papel na democracia, pois representa a possibilidade de uma troca de experiências entre os poderes do Estado e permite que interesses derrotados na esfera judicial possam apresentar novos argumentos em esfera diversa.

Estudo dos fenômenos de transporte em cromatografia através da aplicação de modelos de rede e estocásticos

O estudo dos diferentes fenômenos de separação tem sido cada vez mais importante para os diferentes ramos da indústria e ciência. Devido à grande capacidade computacional atual, é possível modelar e analisar os fenômenos cromatográficos a nível microscópico. Os modelos de rede vêm sendo cada vez mais utilizados, para representar processos de separação por cromatografia, pois através destes pode-se representar os aspectos topológicos e morfológicos dos diferentes materiais adsorventes disponíveis no mercado. Neste trabalho visamos o desenvolvimento de um modelo de rede tridimensional para representação de uma coluna cromatográfica, a nível microscópico, onde serão modelados os fenômenos de adsorção, dessorção e dispersão axial através de um método estocástico. Também foram utilizadas diferentes abordagens com relação ao impedimento estérico Os resultados obtidos foram comparados a resultados experimentais. Depois é utilizado um modelo de rede bidimensional para representar um sistema de adsorção do tipo batelada, mantendo-se a modelagem dos fenômenos de adsorção e dessorção, e comparados a sistemas reais posteriormente. Em ambos os sistemas modelados foram analisada as constantes de equilíbrio, parâmetro fundamental nos sistemas de adsorção, e por fim foram obtidas e analisadas isotermas de adsorção. Foi possível concluir que, para os modelos de rede, os fenômenos de adsorção e dessorção bastam para obter perfis de saída similares aos vistos experimentalmente, e que o fenômeno da dispersão axial influência menos que os fenômenos cinéticos em questão

Para uma teoria do direito internacional do consumidor: a proteção do consumidor no livre comércio internacional

O consumidor é o agente vulnerável na relação de consumo internacional. O processo de globalização se apresenta, para o consumidor, como uma globalização do consumo. A globalização do consumo se caracteriza pelo comércio e fornecimento internacional de produtos e serviços por empresários/fornecedores transnacionais/globais, utilizando marcas de renome mundial, acessíveis a todos os consumidores do planeta, e agrava a vulnerabilidade do consumidor no mercado. A proteção jurídica do consumidor internacional é uma necessidade que os sistemas jurídicos nacionais não se mostram aptos a prover adequadamente, assim como o Direito Internacional também não. A presente tese demonstra a deficiência da Ciência do Direito na proteção do consumidor no contexto da globalização; demonstra como o próprio comércio internacional é prejudicado ao não priorizar de maneira absoluta e efetiva a proteção do consumidor na OMC, bem como ao mostrar-se apático diante dos diferentes níveis de proteção proporcionada aos consumidores em cada diferente sistema jurídico nacional; demonstra, também, como a proteção do consumidor de maneira uniforme e global por um direito comum aos Estados é possível e será capaz de tornar mais eficiente economicamente o processo de globalização do consumo, ao encorajar a participação mais intensa do consumidor no mercado internacional; e propõe a construção de um novo ramo do Direito dedicado ao problema, o Direito Internacional do Consumidor (DIC), por meio da elaboração de uma Teoria do Direito Internacional do Consumidor. O Direito Internacional do Consumidor pretende ser um direito comum e universal de proteção ao consumidor, fundado em métodos, conceitos, institutos, normas e princípios jurídicos universais. O DIC dialogará com outros ramos do Direito Público e Privado, especialmente o Direito Internacional Econômico, o Direito Internacional do Comércio, o Direito Internacional Privado, o Direito Processual Civil Internacional, e o Direito do Consumidor. Pretende-se com isto atender ao ideal de promover o livre comércio internacional com respeito aos Direitos Humanos.

The use of freshwater science in policy development

This article explores the diversity of scientific disciplines and paradigms, their relevance for policy development, how policy emerges throughout society,-and the mechanisms by which scientists can promote the value of science in policy formation. The author gives examples from various countries where freshwater science was used to inform policy.

The development of freshwater science in Britain, and British contributions abroad, 1900-2000

This article outlines the development of freshwater science between 1900 and 2000 and in particular traces British contributions, both to a deepened knowledge of specifics and to their interrelation as environmental and ecological science. The author provides a selected bibliography of important publications relevant to the topic of the article.

A medicina iluminista e o vitalismo: uma discussão do Nouveaux Éléments de la Science de l‟Homme de Paul-Joseph Barthez (1734-1806).

A dissertação comenta criticamente as interpretações recentes referentes ao vitalismo no século XVIII, dedicando atenção especial aos Nouveuax Éléments de la Science de lHomme (publicado primeiramente em 1778), de Paul-Joseph Barthez (1734-1806). Até a segunda metade do século XX, como é primeiramente argumentado nesta dissertação, intérpretes do iluminismo entendiam a doutrina mecanicista como a herdeira direta da Revolução Científica, bem como a corrente dominante no mundo das ciências da vida ao longo de todo o século XVIII. Assim, na historiografia do século passado, o vitalismo era ou escassamente mencionado, ou visto como uma retrógrada corrente anti-iluminista. Mais recentemente, vários historiadores e pesquisadores da história das ciências no século XVIII (sobretudo Williams e Reill) entendem o iluminismo de um modo mais amplo e plural, considerando o vitalismo iluminista (um termo proposto por Reill) como parte integrante de um conceito mais dinâmico de iluminismo. A seguir, são apresentados a doutrina mecanicista e seus conceitos centrais, bem como as ideias de alguns dos principais representantes do mecanicismo no século XVII e início do XVIII, no caso, mais especificamente, do mecanicismo newtoniano. Em seguida, são expostos e comentados a doutrina vitalista e seus conceitos, no que é dado destaque ao vitalismo na Universidade de Montpellier. Nesse contexto, são comentados conceitos vitalistas, tal como apresentados nos Nouveuax Éléments de la Science de lHomme, no qual Barthez propõe uma nova fisiologia baseada no princípio vital; nisso são apresentados sua metodologia de pesquisa, o conceito de princípio vital, as forças sensitivas e motrizes do princípio da vida, além dos conceitos de simpatia, sinergia e, por fim, o conceito de temperamento. Esses conceitos ou essa terminologia , tal como é mostrado, não são originalmente concebidos por Barthez, mas foram por ele reapropriados e reformulados em debate com o newtonianismo e demais correntes filosóficas médicas desde a Antiguidade até o século XVIII, assim como com observações e experimentos próprios às investigações médico-científicas da época. Como resultado, é alcançada uma compreensão da doutrina vitalista como um esforço intelectual inovador tanto interagindo quanto integrado com o debate científico contemporâneo, ou seja, os médicos vitalistas se viam e, em geral, eram vistos como atuando segundo os padrões de cientificidade exigidos por seus pares.

Interrelated contributions to freshwater science over 78 years: A guide to published work from the Freshwater Biological Association, Institute of Freshwater Ecology and Centre for Ecology and Hydrology, 1929-2006

This article introduces a new listing of published scientific contributions from the Freshwater Biological Association (FBA) and its later Research Council associates – the Institute of Freshwater Ecology (1989–2000) and the Centre for Ecology and Hydrology (2000+). The period 1929–2006 is covered. The authors offer also information on specific features of the listing; also an outline of influences that underlay the research, and its scientific scope.

Como se treina uma mente disfuncional?: antropologia do treinamento neurocognitivo aplicado à esquizofrenia

O sucesso recente das disciplinas neurocientíficas tem provocado mudanças nas representações sociais acerca do que constituem sentimentos, emoções e ações humanas complexas. O campo da medicina mental talvez seja o que mais tenha sido afetado por estas disciplinas, desde as últimas três décadas. Cada vez mais as categorias psicopatológicas têm sido estudadas e descritas em termos neuropatológicos. Como se opera na prática quotidiana de um laboratório de pesquisas a naturalização de entidades nosográficas complexas, tendo o cérebro e as suas funções como objetos de estudo privilegiados? Que impacto isto poderia ter sobre a forma de se tratá-las? Como isto poderia alterar a maneira de um paciente se autodescrever e agir no mundo? Estas questões gerais foram tratadas ao longo desta tese, que se apoiou sobre um trabalho de campo realizado em uma unidade de pesquisas parisiense, onde se desejava validar um método de tratamento inovador para pacientes portadores de esquizofrenia: a remediação cognitiva. Este tipo de técnica, originalmente concebida para tratar de pacientes com lesões neurológicas, migrou para o campo psiquiátrico a partir de uma redefinição na forma de se conceber a categoria de esquizofrenia, promovida pelas neurociências cognitivas: esta teria como cerne, não os clássicos sintomas positivos e negativos que a caracterizam clinicamente, mas um conjunto de déficits neurocognitivos, que incluem problemas de memorização, de concentração, de planejamento da ação, do raciocínio lógico, entre outros. Esta tese descreve o modo como estas concepções são geradas no interior de uma equipe francesa de pesquisa em psiquiatria, interessada em validar um novo método de remediação cognitiva. Procurou-se descrever a vida social destes pesquisadores, os compromissos criados no processo de geração de enunciados sólidos, e as estratégias e dificuldades encontradas no percurso de naturalização de uma categoria psiquiátrica complexa, como a esquizofrenia. Descreveu-se igualmente as práticas de remediação cognitiva em ação e o modo como estas interagiriam com os pacientes de modo a modificá-los em um certo sentido, segundo certos valores, bem como o contexto social que torna plausível a adoção deste tipo de estratégia terapêutica.

Formal methods in the foundations of science

The intent of this study is to provide formal apparatus which facilitates the investigation of problems in the methodology of science. The introduction contains several examples of such problems and motivates the subsequent formalism.

A general definition of a formal language is presented, and this definition is used to characterize an individual’s view of the world around him. A notion of empirical observation is developed which is independent of language. The interplay of formal language and observation is taken as the central theme. The process of science is conceived as the finding of that formal language that best expresses the available experimental evidence.

To characterize the manner in which a formal language imposes structure on its universe of discourse, the fundamental concepts of elements and states of a formal language are introduced. Using these, the notion of a basis for a formal language is developed as a collection of minimal states distinguishable within the language. The relation of these concepts to those of model theory is discussed.

An a priori probability defined on sets of observations is postulated as a reflection of an individual’s ontology. This probability, in conjunction with a formal language and a basis for that language, induces a subjective probability describing an individual’s conceptual view of admissible configurations of the universe. As a function of this subjective probability, and consequently of language, a measure of the informativeness of empirical observations is introduced and is shown to be intuitively plausible – particularly in the case of scientific experimentation.

The developed formalism is then systematically applied to the general problems presented in the introduction. The relationship of scientific theories to empirical observations is discussed and the need for certain tacit, unstatable knowledge is shown to be necessary to fully comprehend the meaning of realistic theories. The idea that many common concepts can be specified only by drawing on knowledge obtained from an infinite number of observations is presented, and the problems of reductionism are examined in this context.

A definition of when one formal language can be considered to be more expressive than another is presented, and the change in the informativeness of an observation as language changes is investigated. In this regard it is shown that the information inherent in an observation may decrease for a more expressive language.

The general problem of induction and its relation to the scientific method are discussed. Two hypotheses concerning an individual’s selection of an optimal language for a particular domain of discourse are presented and specific examples from the introduction are examined.