Избирательная несовершенность как порождающая структура для анализа, творчества и открытий

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

December 30, 2025

Авторы: Markus J. Buehler

cs.AI

Аннотация

Мы представляем материомузыку как генеративную систему, связывающую иерархические структуры материи с композиционной логикой музыки. В белках, паутинах и динамике пламени вибрационные и архитектурные принципы повторяются в виде тональных иерархий, гармонических последовательностей и крупной музыкальной формы. Используя обратимые преобразования — от молекулярных спектров к музыкальным тонам и от трёхмерных сетей к играбельным инструментам — мы показываем, как звук функционирует в качестве научного зонда, осуществляя эпистемическую инверсию, при которой слушание становится способом видения, а музыкальная композиция — чертежом материи. Эти отображения раскрывают глубину времени: паттерны, берущие начало в фемтосекундных молекулярных вибрациях или миллиардолетних эволюционных историях, становятся слышимыми. Мы постулируем, что новизна в науке и искусстве возникает, когда ограничения не могут быть удовлетворены в рамках существующих степеней свободы, вынуждая расширять пространство жизнеспособных конфигураций. Селективная несовершенность служит механизмом, восстанавливающим баланс между связностью и адаптивностью. Количественное подтверждение приходит из исчерпывающего перечисления всех 2^12 музыкальных ладов, которое показывает, что культурно значимые системы группируются в коридоре средней энтропии и средней дефектности, что напрямую соответствует оптимуму Холла-Петча, где промежуточная плотность дефектов максимизирует прочность материала. Итерация этих отображений создает продуктивные столкновения человеческого творчества и физики, порождая новую информацию, когда музыкальные структуры сталкиваются с эволюционными ограничениями. Мы демонстрируем, как роевые ИИ-модели сочиняют музыку, проявляющую человеко-подобные структурные сигнатуры, такие как small-world связность, модульная интеграция, дальнодействующая когерентность, что указывает путь за пределы интерполяции к изобретению. Мы показываем, что наука и искусство являются генеративными актами созидания миров в условиях ограничений, где вибрация служит общим грамматическим принципом, организующим структуру на всех масштабах.

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.