L'imperfection sélective comme cadre générateur d'analyse, de créativité et de découverte

Selective Imperfection as a Generative Framework for Analysis, Creativity and Discovery

December 30, 2025

papers.authors: Markus J. Buehler

cs.AI

papers.abstract

Nous introduisons la matérionomique comme un cadre génératif reliant les structures hiérarchiques de la matière à la logique compositionnelle de la musique. Des protéines aux toiles d'araignée en passant par la dynamique des flammes, les principes vibrationnels et architecturaux réapparaissent sous forme de hiérarchies tonales, de progressions harmoniques et de formes musicales à longue portée. En utilisant des correspondances réversibles, des spectres moléculaires aux sons musicaux et des réseaux tridimensionnels à des instruments jouables, nous montrons comment le son fonctionne comme une sonde scientifique, une inversion épistémique où l'écoute devient un mode de vision et la composition musicale un plan directeur pour la matière. Ces correspondances exhument le temps profond : des motifs issus de vibrations moléculaires femtosecondes ou d'histoires évolutives milliardaires deviennent audibles. Nous postulons que la nouveauté en science et en art émerge lorsque les contraintes ne peuvent être satisfaites dans les degrés de liberté existants, forçant l'expansion de l'espace des configurations viables. L'imperfection sélective fournit le mécanisme rétablissant l'équilibre entre cohérence et adaptabilité. Un soutien quantitatif provient de l'énumération exhaustive des 2^12 gammes musicales, révélant que les systèmes culturellement significatifs se regroupent dans un corridor à entropie et défauts intermédiaires, parallèle direct de l'optimum de Hall-Petch où des densités de défauts intermédiaires maximisent la résistance des matériaux. Itérer ces correspondances crée des collisions productives entre la créativité humaine et la physique, générant de nouvelles informations lorsque les structures musicales rencontrent des contraintes évolutives. Nous montrons comment des modèles d'IA essaimistes composent une musique présentant des signatures structurelles humaines telles que la connectivité petit monde, l'intégration modulaire et la cohérence à longue portée, suggérant une voie au-delà de l'interpolation vers l'invention. Nous montrons que la science et l'art sont des actes génératifs de construction de mondes sous contrainte, avec la vibration comme grammaire partagée organisant la structure à travers les échelles.

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.