Selektive Unvollkommenheit als generativer Rahmen für Analyse, Kreativität und Entdeckung
Selective Imperfection as a Generative Framework for Analysis, Creativity and Discovery
December 30, 2025
papers.authors: Markus J. Buehler
cs.AI
papers.abstract
Wir führen Materiomusik als ein generatives Rahmenwerk ein, das die hierarchischen Strukturen der Materie mit der kompositorischen Logik von Musik verbindet. In Proteinen, Spinnennetzen und Flammendynamiken wiederholen sich vibratorische und architektonische Prinzipien als tonale Hierarchien, harmonische Progressionen und musikalische Großform. Durch reversible Abbildungen – von molekularen Spektren zu musikalischen Tönen und von dreidimensionalen Netzwerken zu spielbaren Instrumenten – zeigen wir, wie Klang als wissenschaftliche Sonde fungiert, eine epistemische Inversion, bei der Hören zu einer Form des Sehens wird und musikalische Komposition zum Bauplan für Materie. Diese Abbildungen graben in die Tiefenzeit: Muster, die in Femtosekunden-Molekülschwingungen oder milliardenjährigen Evolutionsgeschichten entstehen, werden hörbar. Wir postulieren, dass Neuheit in Wissenschaft und Kunst entsteht, wenn Randbedingungen nicht innerhalb bestehender Freiheitsgrade erfüllt werden können, was eine Erweiterung des Raums möglicher Konfigurationen erzwingt. Selektive Unvollkommenheit stellt den Mechanismus dar, der das Gleichgewicht zwischen Kohärenz und Anpassungsfähigkeit wiederherstellt. Quantitative Unterstützung liefert die vollständige Enumeration aller 2^12 musikalischen Skalen, die zeigt, dass kulturell bedeutende Systeme sich in einem Korridor mittlerer Entropie und mittlerer Defektdichte ballen – ein direktes Analogon zum Hall-Petch-Optimum, bei dem intermediäre Defektdichten die Materialfestigkeit maximieren. Die Iteration dieser Abbildungen erzeugt produktive Kollisionen zwischen menschlicher Kreativität und Physik und generiert neue Information, wenn Musikstrukturen auf evolutionäre Zwänge treffen. Wir zeigen, wie schwarmbasierte KI-Modelle Musik komponieren, die menschenähnliche Strukturmerkmale aufweist, wie Small-World-Vernetzung, modulare Integration und Langreichweiten-Kohärenz, was einen Weg jenseits der Interpolation hin zur Invention weist. Wir zeigen, dass Wissenschaft und Kunst generative Akte des Weltentwurfs unter Zwängen sind, wobei Vibration als gemeinsame Grammatik die Strukturbildung über Skalen hinweg organisiert.
English
We introduce materiomusic as a generative framework linking the hierarchical structures of matter with the compositional logic of music. Across proteins, spider webs and flame dynamics, vibrational and architectural principles recur as tonal hierarchies, harmonic progressions, and long-range musical form. Using reversible mappings, from molecular spectra to musical tones and from three-dimensional networks to playable instruments, we show how sound functions as a scientific probe, an epistemic inversion where listening becomes a mode of seeing and musical composition becomes a blueprint for matter. These mappings excavate deep time: patterns originating in femtosecond molecular vibrations or billion-year evolutionary histories become audible. We posit that novelty in science and art emerges when constraints cannot be satisfied within existing degrees of freedom, forcing expansion of the space of viable configurations. Selective imperfection provides the mechanism restoring balance between coherence and adaptability. Quantitative support comes from exhaustive enumeration of all 2^12 musical scales, revealing that culturally significant systems cluster in a mid-entropy, mid-defect corridor, directly paralleling the Hall-Petch optimum where intermediate defect densities maximize material strength. Iterating these mappings creates productive collisions between human creativity and physics, generating new information as musical structures encounter evolutionary constraints. We show how swarm-based AI models compose music exhibiting human-like structural signatures such as small-world connectivity, modular integration, long-range coherence, suggesting a route beyond interpolation toward invention. We show that science and art are generative acts of world-building under constraint, with vibration as a shared grammar organizing structure across scales.