Molecular Aesthetics

It was in the 60s of the last century that the pores of our senses openend up. Was it the mescaline impregnated pictures of a Henri Michaux, was it the LSD-borne dreams of a Timothy Leary. Was it the wounds of the second world war, written down in the palm sized drawings of a »WOLS« (Wolfgang Schulze)

It was the high period of kinetics of a Jean Tinguely, of a Gerhard von Graevenitz, of the seriell paintings of a Victor Vasarely, generated from the value inverted pragmatism of emptiness of a Marcel Duchamp.

Everything screamed out for new art. Now it had to arrive, the biologically based kinetic. A word was spit out: Biokinetic. Realised for the first time in 1969 in the Musem Schloss Morsbroich of the city of chemistry, Leverkusen, the museum which had shortly before become a lanching pad into the infinite blue space of an Yves Klein.

Es war in den Sechzigern des vergangenen Jahrhunderts, als sich die Poren unserer Sinne öffneten. Waren es die Meskalin trächtigen Bilder eines Henri Michaux, waren es die LSD getragenen Träume eines Timothy Leary? Waren es die Wunden des 2. Weltkrieges, niedergeschrieben in den Handteller großen Zeichnungen eines “WOLS“ (Wolfgang Schulze)?

Es war die Hohe Zeit der Kinetik eines Jean Tinguely, eines Gerhard von Graevenitz, der seriellen Malerei eines Victor Vasarely, entstanden aus dem Werte umkehrenden Pragmatismus der Leere eines Marcel Duchamp.

Alles schrie nach neuer Kunst. Jetzt musste sie kommen, die biologisch getragene Kinetik. Ein Wort dafür wurde ausgespieen: Biokinetik. Erstmals realisiert 1969 im Museum Schloss Morsbroich der Chemiestadt Leverkusen, jenem Museum, das kurz zuvor Startrampe in den unendlichen blauen Raum eines Yves Klein gewesen ist.

Talk from July 17, 2011 given at the symposium »Molekulare Ästhetik«

at ZKM | Karlsruhe

July 15-17, 2011

Vortrag vom 17. Juli 2011 im Rahmen des Symposiums »Molekulare Ästhetik«.

Im ZKM | Karlsruhe

15.-17. Juli 2011

Organolithium compounds were pioneered by Wilhelm Schlenk at the University of Jena in Germany in 1917. Nominated for a Nobel Prize for this and other brilliant work, Schlenk lost out because it was thought “organolithium compounds are too unstable to be of any use”. A century on and organolithium and other organometallic compounds are absolutely indispensable to the world. They are utilised in the manufacture of pharmaceuticals, dyes, agrochemicals, perfumes, polymers and many other important everyday commodities.

Their reputation of being challenging to handle and even pyrophoric, belies the fact that, at the molecular level, organolithium compounds adopt a bewildering variety of beautiful, eyecatching structures. These structures are not just aesthetically pleasing, they are the engines which drive the chemistry and properties of these useful materials. Our contribution to the development of these structures is discussed, focusing on the different architectures and patterns which emerge.

Chemists are constantly looking at new ways of improving organometallic chemistry. Presently we are developing the concept of “synergic bimetallics”. Reactions impossible with conventional organometallic compounds are now made possible using these synergic bimetallics as the two distinct metals can communicate with each other through the structure. Underpinning this new chemistry is a fascinating world of molecular architecture involving rings of atoms which can capture other molecules in their cores. An example of a sodium-magnesium ring capturing an iron molecule is shown in the portrait below.

Cover art is becoming increasingly important in chemistry papers to draw attention to new discoveries in thoughtful, creative ways. Examples from our own work will be included in the presentation.

Der deutsche Chemiker Wilhelm Schlenk (Universität Jena) experimentierte 1917 erstmals mit Organolithiumverbindungen. Dank dieser und anderer richtungsweisender Leistungen wurde Schlenk für den Nobelpreis vorgeschlagen, der ihm jedoch nicht verliehen wurde, da „Organolithiumverbindungen zu instabil für praktische Anwendungen“ seien. Ein Jahrhundert später sind Organolithium und andere Organometallverbindungen zum unverzichtbaren Grundstoff in der Herstellung von Arzneimitteln, Farbstoffen, Duftstoffen, Agrochemikalien, Polymeren und vielen anderen Gebrauchsgegenständen geworden.

Entgegen ihrem Ruf, schwierig zu verarbeiten und sogar luftentzündlich zu sein, entfalten Organolithiumverbindungen auf molekularer Ebene atemberaubend schöne Strukturen von unglaublicher Vielfalt. Ihre Struktur ist nicht nur in ästhetischer Hinsicht bedeutend - sie bestimmt zugleich die chemischen Eigenschaften dieser nützlichen Materialien. Wir stellen unseren Beitrag zur Entwicklung dieser Strukturen vor, mit besonderem Augenmerk auf die entstehenden Bauformen und Muster.

Chemiker suchen ständig nach neuen Wegen zur Verbesserung der Organometallchemie. Wir beschäftigen uns aktuell mit „synergistischen Bimetallen“, deren Komponenten über die Struktur miteinander kommunizieren und Reaktionen zulassen, die mit konventionellen Organometallverbindungen undurchführbar waren. Grundlage dieses neuen Forschungsgebiets ist die faszinierende Welt der molekularen Architektur. So können Atomringe fremde Moleküle aufnehmen, wie die untere Abbildung eines Natrium-Magnesium-Rings, der ein Eisenmolekül an sich bindet, zeigt.

Umschlaggrafiken spielen als Blickfang eine immer größere Rolle in der chemischen Literatur. Wir präsentieren Beispiele aus unseren Veröffentlichungen.

How and why are biomedia employed in the field of (media) art? Whilst the technosciences themselves have increasingly become potent producers of aesthetic visualizations, do artists just want to make rival use of the epistemic power of the image? Or do they rather use wetware at the molecular or cellular level in order to short-circuit semiotic procedures of representation by staging and voluntarily emphasizing the very authenticity of their biological subjects, objects, processes or systems? The artistic use of biomedia as means of expression takes advantage of the high degree of non-fictitious believability, truthfulness and manifest corporality of their status as real biological entities, potentially living or stemming from life, and thus resembling the viewers of this art themselves. But while their real, apparent, or at least potential a/liveness first prompts the viewer's feeling of immediacy, the underlying mediality and technological constructedness of these displays is more slowly, cryptically revealed and addressed. Therefore, the apparent visual and diegetic core of biotechnological artworks needs to be carefully analyzed, beyond a purely image-based hermeneutic approach, on the basis of the artistic media themselves with their respective phenomenological impacts and their epistemic nexuses. Features that once unfolded primarily as artistic images are today being remediated, dispersed and fragmented into a confusing multitude of media. Here, mediation and technologies are no longer employed merely to achieve an aesthetic effect. They are themselves fully-integrated elements of the aesthetic idiom. Indeed, biomedia's potential to produce, destabilize and deconstruct authenticity can be seen in the light of two complementary and well-established mechanisms in art history: Illusionism, which can be considered the simulation of an authentic presence that appears even to share a physical space with the viewer, and indexicality, on the other hand, which acknowledges that cultural products per se obey sign modalities and hence induce degrees of representation.

Wie und warum werden Biomedien in der (Medien-) Kunst eingesetzt? Während die Technowissenschaften selbst immer häufiger zu potenten Gestaltern ästhetisierter Veranschaulichungen werden, wollen Künstler da konkurrierend die epistemische Kraft von Bildlichkeit in Anspruch nehmen? Oder benutzen sie Wetware auf molekularer und zellulärer Ebene, um semiotische Repräsentationsprozesse kurzzuschließen, indem sie die Authentizität ihrer biologischen Subjekte, Objekte, Abläufe oder Systeme inszenieren und bewusst herausstellen? Die Verwendung von Biomedien als künstlerisches Ausdrucksmittel nutzt deren überzeugende Glaubwürdigkeit und Wirklichkeitsnähe ebenso wie die manifest präsente Körperhaftigkeit, welche sich aus dem Status als biologische Einheiten ableitet, welche lebendig sind oder aus Lebendigem hervorgingen und somit dem Betrachter einer solchen Kunst gleichen. Während ihre faktische, offenbare oder zumindest potenzielle Lebendigkeit bei der Rezeption zunächst ein Gefühl der Unmittelbarkeit hervorruft, tritt die zugrunde liegende mediale und technologische Konstruiertheit jener Dispositve nach und nach bruchstückhaft und kryptisch zutage. Der visuelle und diegetische Kern biotechnologischer Kunstwerke verlangt daher eine eingehende Analyse, die nicht allein auf die Hermeneutik des Bildes, sondern direkt auf die künstlerischen Medieneinschließlich ihrer phänomenologischen Wirkungen und epistemischen Verknüpfungen gegründet ist. Erscheinungen, die früher primär die Form von Kunstbildern annahmen, werden heute in eine verwirrende Vielfalt von Medien übersetzt, verstreut und fragmentiert. Das Medial-Technologische ist nicht mehr Mittel zum Zweck, sondern vollwertiges Element der ästhetischen Sprache. Dennoch führen Biomedien in der Kunst historische Mechanismen der Authentizitätsproduktion fort, insbesondere jene von Illusionismusund Indexikalität.

Molecules are intrinsically unseeable; as a result it has been necessary for scientists, since the late nineteenth century, to use a common, imaginative set of forms to represent their properties. One might think that such structures are simply heuristical, but upon study it becomes apparent that they actually constitute the science they underwrite, embedding molecular study with an muted aesthetics that delights and motivates scientists. As chemistry has evolved and been rebranded as nanoscience, scientists have had the opportunity to envision molecular forms again through the lens of scanning probe microscopy (SPM). Unlike the valence forms familiar now for over a century, SPM images give molecules the gloss of photographic validity; nevertheless, from buckminsterfullerene to molecular machines, scientists “discover” that SPM generated images validate and reiterate the familiar valence forms spawned in the late nineteenth century and envisioned for so many decades. In this talk I examine the evolution of molecular aesthetics from the first representations of buckminsterfullerene forward, including the aesthetics of molecular machines and scanning probe microscopy. I will highlight buckminsterfullerene's Platonic aesthetics, the aesthetic relationship of nanocars and molecular switches to Boyle's seventeenth-century mechanistic philosophy and twentieth-century machine aesthetics, and the photographic aesthetics of SPM.

Moleküle sind an sich unsichtbar. Daher ist es seit Ende des 19. Jahrhunderts üblich geworden, ihre Eigenschaften mittels eines allgemeingültigen, anschaulichen Formenvokabulars darzustellen. Man könnte meinen, dass solche Gebilde rein heuristischer Natur sind, doch stellt sich bei genauerer Betrachtung heraus, dass sie selbst zum Gegenstand der Wissenschaft geworden sind, die sie repräsentieren. Sie bereichern die Molekularforschung mit einer unaufdringlichen Ästhetik, die den Wissenschaftler anspricht und motiviert. Mit der Weiterentwicklung und Neukonzeption der Chemie als Nanowissenschaft entstand die Möglichkeit, molekulare Formen mithilfe der Rastersondenmikroskopie (RSM) zu visualisieren. Im Gegensatz zu den bereits seit gut einem Jahrhundert bekannten Valenzformen versehen RSM-Bilder die Moleküle mit dem Glanz der fotografischen Abbildungstreue. Dessen ungeachtet „entdecken“ Wissenschaftler, dass RSM-Darstellungen - von Buckminsterfullerenen bis zu molekularen Maschinen - die seit vielen Jahrzehnten vertrauten Valenzformen auffrischen und bestätigen. Wir verfolgen die Entwicklung der Molekularästhetik von der ersten Darstellung des Buckminsterfullerens bis zu späteren Errungenschaften wie der Ästhetik molekularer Maschinen und der Rastersondenmikroskopie. Zur Sprache kommen die platonische Ästhetik des Buckminsterfullerens, die ästhetischen Wurzeln der Nanocars und der molekularen Schalter in Boyles mechanistischer Philosophie des 17. Jahrhunderts und in der Maschinenästhetik des 20. Jahrhunderts sowie die fotografische Ästhetik der Rastersondenmikroskopie.

Music is defined as time-based art. This conception is expressed by the intervall theory which is the dominant theory for Western music. On the lines of a score (invented by Guido Arezzo, 1025) notes are placed one after another as a temporal sequence. With the help of Clifford Algebra and Grassmann Vector Spaces it can be demonstrated that a single topological sequence can be transformed into different temporal sequences. By this method music becomes part of topology, space-based art. The notes of a score can be independent as points and numbers. These numbers are part of a field, topological neighbours. The Game of Life by John Conway (1970) is an ideal field to reflect this new conception of music. The Game of Life is a cellular automaton and serves as method of composition. It consists of a regular grid of cells, each in one of a finite number of states, such as "On" and "Off". The grid can be in any finite number of dimensions. For each cell, a set of cells called its neighborhood is defined relative to the specified cell. For example, the neighborhood of a cell might be defined as the set of cells a distance of 2 or less from the cell. The cells are treated as notes and can be calculated or »composed« according to the rules of the Game of Life. Naturally this process can also be interpreted in a rather free way.

Die Musik ist als zeitbedingte Kunst definiert. Diese Konzeption wird durch die Intervalltheorie ausgedrückt, die dominante Theorie in der westlichen Musik.

Die Noten werden nacheinander als eine zeitliche Sequenz auf die Notenlinien (erfunden von Guido Arezzo, 1025) gesetzt. Mithilfe von Clifford Algebra und Grassmann Vektorräumen kann man zeigen, dass jede einzelne topologische Sequenz in verschiedene zeitliche Sequenzen transformiert werden kann. Durch diese Methode wird die Musik ein Teil der Topologie, raumbasierte Kunst. Die Noten einer Partitur können als Punkte und Zahlen selbstständig werden. Diese Zahlen sind Teil eines Feldes, topologische Nachbarn. The Game of Life von John Conway (1970) ist ein ideales Beispiel, um dieses neue Verständnis von Musik zum Ausdruck zu bringen. The Game of Life ist ein zellulares Automaton und dient als Kompositionsmethode. Es ist aus einem regelmäßigen Zellennetz gebaut, jedes in einer bestimmten Zahl von Zuständen, wie beispielsweise »On« und »Off«. Dieses Netz kann in jeder bestimmten Anzahl von Dimensionen existieren. Für jede einzelne Zelle ist eine Zellenreihe, ihre Nachbarschaft genannt, relativ zu einer spezifischen Zelle definiert.

Beispielsweise könnte die Nachbarschaft einer Zelle als Zellenfolge einer Entfernung von 2 oder weniger von einer Zelle definiert werden.

Die Zellen werden als Noten behandelt und können nach den Regeln von Game of Life, berechnet oder »komponiert« werden. Diesen Prozess kann man natürlich auch in einer freieren Art interpretieren.

Nanotechnology gains much attention and credibility from a portfolio of detailed and attractive images of atoms, molecules, and other nanoscale objects. Usually they are created by either a Scanning Tunneling Microscope (STM) or an Atomic Force Microscope (AFM). These images employ familiar conventions for making the nanoscale look like a three-dimensional topography. Yet there is a series of problems in the relation between a nanoscale object and a picture of the object. Nanoscale objects are much smaller than the wavelength of visible light, in which case colors, shading and other visual conventions are artificial. A picture of an atom or a molecule cannot possibly look like an atom or a molecule. This relationship has been explored extensively by philosophers, artists and others. Now, in addition to seeing what is wrong with nano images, we should also see what is right: what is the visual knowledge in these images that is worth appreciating? To answer that question, we can turn to certain aesthetic resources, e.g., the cubist principle of simultaneité. And then simultaneité leads to an exercise called inter-instrumentality. By employing these aesthetic resources, we can derive visual knowledge from nano images even as we realize the problems in the relation between a molecule and a picture of a molecule.

Ein nicht unwesentlicher Grund für die Popularität und Aktualität der Nanotechnologie ist die Verbreitung detaillierter, hochqualitativer Abbildungen von Atomen, Molekülen und Nanoobjekten, aufgenommen mit dem Rastertunnelmikroskop (RTM) oder Rasterkraftmikroskop (RKM). Der Nanokosmos wird mittels konventioneller Methoden in eine dreidimensionale Topografie umgewandelt. Hierbei treten allerdings Unstimmigkeiten zwischen Objekt und Repräsentation in Erscheinung. Da Nanoobjekte weitaus kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, handelt es sich bei den Farben, Schattierungen und anderen Qualitäten um willkürliche Darstellungshilfen. Die Abbildung eines Atoms oder Moleküls kann unmöglich wie ein Atom oder Molekül aussehen. Philosophen, Künstler und andere Gruppen haben dieses Paradox eingehend untersucht. Man sollte indessen nicht nur sehen, was an den Bildern falsch ist, sondern auch, was an ihnen der Realität entspricht. Enthalten sie brauchbare visuelle Anhaltspunkte? Um diese Frage zu beantworten, wenden wir uns ästhetischen Präzedenzfällen zu, etwa dem kubistischen Prinzip der Simultaneität (simultaneité), das uns zu interinstrumentalen Versuchstechniken führt. Durch die Anwendung ästhetischer Mittel gelingt es uns, visuelle Informationen aus den Nano-Bildern zu extrahieren, ohne deshalb aus den Augen zu verlieren, dass die Relation von Molekül und Abbildung Diskontinuitäten aufweist.