Internationales Jahr der Chemie 2011

http://www.chemistry2011.org

Unter den Fächern des naturwissenschaftlichen Kanons ist es gerade die Chemie, die gemeinhin am wenigsten mit Musik in Verbindung gebracht wird.

Im Gegensatz zur bildenden Kunst, in der sie im Zusammenhang mit der Farbenchemie oder Restauration, etc. fest verankert ist, tritt sie in der Musik nur gelegentlich als Randerscheinung auf, etwa dann, wenn es um die Spektroskopie von Violinlacken [1] oder die Entwicklung neuer Materialien für den Musikinstrumentenbau [2] geht.

Ebenfalls nimmt die Methode der Magnetresonanzspektroskopie in vivo (MRS in vivo) zunehmende Bedeutung im Bereich der musikspezifischen neurowissenschaftlichen Forschung ein, wie folgende Publikationen deutlich aufzeigen:

Richards TL, Gates GA, Gardner JC, Merrill T, Hayes CE, Panagiotides H, Serafini S, Rubel EW: Functional MR spectroscopy of the auditory cortex in healthy subjects and patients with sudden hearing loss, AJNR Am J Neuroradiol. 1997 Apr;18(4):611-20.

Aydin K, Ciftci K, Terzibasioglu E, Ozkan M, Demirtas A, Sencer S, Minareci O: Quantitative proton MR spectroscopic findings of cortical reorganization in the auditory cortex of musicians, AJNR Am J Neuroradiol. 2005 Jan;26(1):128-36.

Sörös P, Michael N, Tollkötter M, Pfleiderer B: The neurochemical basis of human cortical auditory processing: combining proton magnetic resonance spectroscopy and magnetoencephalography, BMC Biol. 2006 Aug 3;4:25.

Jung RE, Gasparovic C, Chavez RS, Flores RA, Smith SM, Caprihan A, Yeo RA: Biochemical support for the "threshold" theory of creativity: a magnetic resonance spectroscopy study, J Neurosci. 2009 Apr 22;29(16):5319-25.

Dabei konnten insbesondere Aydin et al. ("The difference in N-acetylaspartate (NAA) concentrations between the musicians and the non-musician control subjects was statistically significant (P <.01).") und Jung et al. ("Different patterns of correlations between NAA and CCI were found in higher verbal ability versus lower verbal ability participants, providing neurobiological support for a critical "threshold" regarding the relationship between intelligence and creativity.") auf Basis dieser Technologie massgebliche Erkenntnisse für die Musikwirkungsforschung gewinnen.

Unabhängig davon lässt sich in Einzelfällen auch ein biografischer oder inhaltlicher Zusammenhang zwischen Chemie und Musik festmachen, wobei wir an dieser Stelle folgende Persönlichkeiten als beispielhaft herausheben wollen:

Alexander Borodin (1833-1887): Komponist und Chemiker

Sir Edward William Elgar (1857-1934): Komponist und Hobby-Chemiker

Walther Hermann Nernst (1864-1941): Thermochemiker, Begründer der physikalischen Chemie, Erfinder des Bechstein-Siemens-Nernst-Flügels (= Neo Bechstein), 1921 Nobelpreis für Chemie

Ettore Molinari (1867-1926): Chemiker, versuchte chemische Sachverhalte vermittels der Notenschrift darzustellen. [3]

Lejaren A. Hiller (1924-1994): Chemiker und Pionier der Computermusik. Von ihm stammt das erste Werk dieser Gattung „Illiac Suite“ (1954-58): “While I was in the Chemistry Department I wrote the Illiac Suite, the computer piece, and of course, being not in the field, I was in a state of total frustration about music. As you can tell from the list of compositions, I’d written by this point some 20 pieces of music, more or less, that I considered salvageable. Leonard Isaacson and I did this Illiac Suite completely as a bootleg job at night on the Illiac I. The programming came about because I actually adapted some of the rubber molecule programming to the writing of counterpoint. In other words, I had an idea one day when I was hanging around the chemistry lab just doing I don’t know what, when I thought, “Well, you know, if I change the geometrical design of this random flight program I’ve written,” which had gotten quite complicated, “Change the parameters – the boundary conditions, so to speak – I can make the boundary conditions strict counterpoint instead of tetrahedral carbon bonds.” And that’s how it all started. And in fact I did do that, I induced another chemist working there, Leonard Isaacson, to go in on the programming with me. We just started this as a lark, so to speak, and produced a few experiments. And then again, after many years, Milton Babbitt enters into my life again. I was down in New York one day, and went over to his house, just on a social occasion, as far as I can remember, and I mentioned what I was doing. I can still remember him taking a sort of double take. He said, “My God, that is an interesting idea.” And, “Why don’t you pursue the idea?” That made me begin to take it a little more seriously, and I, in fact, then launched the Illiac Suite in earnest. We did this all on our own. Well, we got three movements of it done. Don’t forget, I was still teaching chemistry.” [4] Unter den wissenschaftlichen Werken von Hiller ist ebenfalls ein zweiteiliger Aufsatz hervorzuheben, der wesentliche Impulse zum Thema physical modeling beisteuerte. [5]

Karl-Birger Blomdahl (1916-1968) studierte Biochemie, ehe er zur Komposition wechselte; komponierte die erste Weltraumoper Aniara (1959), basierend auf dem gleichnamigen Versepos von Harry Edmund Martinson (dieser erhielt 1974 den Literatur Nobelpreis).

Claude Debussy (1862-1918): Komponist, bedient sich (wie auch einige andere Autoren der Musiktheorie) in seinen Schriften des wunderbaren Wortes der KLANGCHEMIE, womit der synthetische Charakter beider Disziplinen (Komposition + Chemie) unterstrichen ist.

Leopold May [6] nennt des Weiteren folgende Persönlichkeiten, die als Chemiker und Komponisten tätig sind bzw. waren: Elaine Bearer, George Berg, Carlo Botteghi, Morris Kates, Georges Urbain und Emil Votocek.

Als Inspirationsquelle eines musikalischen Vorhabens, Werkes bzw. Werktitels lässt sich der Einfluss der Chemie im Laufe der Musikgeschichte gelegentlich ebenfalls dingfest machen, erwähnt sei vor allem Edgar Varèse: Density 21.5 für Flöte solo (Der Titel nimmt dabei Bezug auf die Dichte des Materials Platin.)

Ein besonderer Aspekt besteht in der Verwendung chemischer (spektroskopischer) Verfahren zur experimentellen (elektronischen) Klangerzeugung. Dabei werden Methoden der Spektroskopie und der Computerchemie direkt dazu verwendet, elektroakustische bzw. elektronische Klänge zu generieren, d.h. die chemischen Verfahren werden so zur Quelle neuer KLANGFARBEN (und nicht zu Tonfolgen wie im Falle des MIDI-fizierten "Durchfahrens" von chemischen Datenbanken).

Dies wird durch den Einsatz elektronischer Klangerzeugung möglich, wobei vor allem der Umstand genützt wird, dass Methoden der Fourier-Transformation im Rahmen der Spektroskopie zur Analyse des Ergebnisses und in der elektronischen Musik zur Synthese von (neuen) Klangfarben (additive Synthese = Fourier-Synthese, bzw. Fourier-Resynthese) eingesetzt werden. Auf diese Weise kann der Daten-Output der Spektroskopie, aber zum Beispiel auch molekulardynamischer Simulationen, unmittelbar als Daten-Input zur elektronischen Klangerzeugung genützt werden. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, dass sich etwa im Falle der Schwingungsspektroskopie (Vibrationsspektroskopie) von Molekülen die benützte Fachterminologie zwischen der elektronischen Musik und der Chemie so annähert, dass sie als nahezu ident bezeichnet werden darf.

Aus historischer Sicht wurde die erste Klangerzeugung mittels NMR-Spektroskopie bereits (auf rein analogem Weg) durch Bloch selbst durchgeführt. Walter Bauer gibt zu diesen frühen Experimenten folgende Hinweise: „The idea to listen to NMR FIDs is by no means new. Early after the introduction of the pulsed Fourier transform method operators started to tap the analogue audio signals which result from mixing the RF signal of the probe with the reference signal created by the pulse oscillator. At that time (early seventies) an acoustic extention device was offered commercially by spectrometer vendors. However, the method sooner or later became forgotten, the reason presumably being the following: At the time mentioned, one-pulse experiments were dominating, some two-pulse experiments (T1, T2 measurements) were carried out non-routinely. Phase cycling as is done nowadays for 2D-NMR experiments was not carried out at that time. Hence, one FID sounded like the other, and I can well imagine that the monotonous "ping" was considered to be boaring instead of contributing information.” [7]

Wenn Achim Müller schreibt: "Die Potentialität des materiellen Systems bezieht sich auf etwas grundsätzlich Mögliches. Mit Blick auf ARISTOTELES kann der Stoff (hyle) - den Gesetzen der Chemie bzw. Physik folgend - allerdings nur die Formen (morphe) annehmen, die mit ‘seinen Möglichkeiten’ vereinbar sind." [8], fühlen wir uns dann nicht z.B. sofort an die kompositorische Tatsache erinnert, dass nicht jedes Thema zur Verwendung in einer Fuge taugt? Wissen wir aus der Kompositionslehre denn nicht etwa genau, dass die Möglichkeit zur Engführung in einem Thema vorangelegt sein (bzw. werden) muss, wenn spätestens die Stretta entsprechenden Nutzen aus dem Thema ziehen will?

Chemie und Komposition haben in Wahrheit sehr viel miteinander gemeinsam, als man gemeinhin annehmen würde. Vermutlich gibt es sogar keine andere Naturwissenschaft, die der Musik - genauer dem Komponieren - so nahe verwandt ist, wie die Chemie und Publikationen wie Susumu Ohno and Midori Ohno: The all pervasive principle of repetitious recurrence governs not only coding sequence construction but also human endeavor in musical composition, Immunogenetics , 24(2), 71-78 (1986) stellen solche Bezüge deutlich heraus.

Wie in der Musik existiert in der Chemie nicht nur die Analyse sondern vor allem auch die Synthese, kurzum das "componere" - das Zusammensetzen von neuen Molekülen, wobei die Freude an der resultierenden Ästhetik nach dem Zeugnis vieler Chemiker eine maßgebliche Triebkraft der Synthetik sein kann (eben so, wie mitunter auch die Schönheit und Eleganz einer Formel ästhetisch erlebt wird).

Wie die Musik ist auch die Chemie "molekularer" Natur - und dieser Zusammenhang scheint fast der wesentlichste Aspekt zu sein.

Chemie und Musik arbeiten nicht mit dem Atom bzw. der Note an sich - sie arbeiten mit deren Verbindungen untereinander: mit Verknüpfungen, Verkettungen, Interaktionen, mit "MOTIVEN" und deren Wiederholungen, Entwicklungen, Variationen, Mutationen.

Komposition und Chemie sind somit Fachgebiete der Metastruktur: im Zentrum steht nicht so sehr die Frage nach dem „Elementarteilchenzoo“ - vielmehr setzen beide Fachdisziplinen auf einer nochmals höheren Ebene der Komplexität auf.

Diese Metastruktur ist neben dem synthetischen Ansatz, der darauf abzielt aus der Chemie Klangfarben bzw. komplette Kompositionen zu schaffen, auch für den interaktiven analytischen Zugang, der Methoden der Chemie (Computerchemie) benützt, um Kompositionen zu untersuchen und musikalische Phänomene zu erklären von zentraler Bedeutung. Dabei bestehen im Moment vielversprechende Ansätze, den Ursprung grundlegender „form- und strukturbildender Kräfte“ zu identifizieren und musikalische Gestaltung z.B. thermodynamisch (dies lediglich als Stichwort) zu interpretieren. Die Möglichkeiten der interdisziplinären Kooperation scheinen dabei endlos, sodaß wir auf eine Revolution im Bereich der Musik durch den Einsatz chemischer Methoden in ihrer Analyse und Synthese hoffen dürfen.



[1] Nagyvary J, DiVerdi JA, Owen NL, Tolley HD: Wood used by Stradivari and Guarneri, Nature 2006;444: 565.
[2] Hierbei sei z.B. ein weiteres Mal auf die Lackindustrie (Lacke für Streichinstrumente, Klavierlack) aber auch den Einsatz von Carbon im Klavierbau hingewiesen.
[3] Nikos Psarros: Die Chemie und ihre Methoden. Eine philosophische Betrachtung, Weinheim, New York, Chichester, Brisbane, Singapur, Toronto 1999, S.291-93.
[4] Zitiert aus: Lejaren A. Hiller: Computer Music Pioneer, Music Library Exhibit: May 24-Sept. 7, 2004 Curated by John Bewley.
[5] Hiller, Lejaren; Ruiz, Pierre: Synthesizing Musical Sounds by Solving the Wave Equation for Vibrating Objects: Part 1, JAES Volume 19 Issue 6 pp. 462-470; June 1971 und Hiller, Lejaren; Ruiz, Pierre: Synthesizing Musical Sounds by Solving the Wave Equation for Vibrating Objects: Part 2, JAES Volume 19 Issue 7 pp. 542-551; July 1971.
[6] Leopold May: The Lesser Known Chemist-composers, Past and Present, Bull. Hist. Chem., 2008, 33, 35-43 und Leopold May: Chemist-Composers, Their Chemistry and Music, Bibliography, October 3, 2009.
[7] zitiert nach http://www.chemie.uni-erlangen.de/oc/research/NMR/music4.html
[8] Achim Müller: Chemie und Ästhetik - die Formenvielfalt der Natur als Ausdruck ihrer Kreativität, in: ZiF: Mitteilungen 4/1999.