Kunst trifft Physik: Der kleinste Kandinsky

An der Universität Stuttgart hat Dr. Mario Hentschel vom 4. Physikalischen Institut ein Verfahren entwickelt, das die natürliche Erscheinung von Gemälden über viele Jahrzehnte auf kleinster Fläche zu konservieren vermag. Im Zentrum seines Experiments stand das 1910 von Wassily Kandinsky gemalte, farbenprächtige Landschaftsbild »Improvisation 9«. Der kleinste Kandinsky der Welt ist aktuell unter dem Mikroskop neben dem Originalgemälde in der Sammlung zu sehen.

1910, vier Jahre vor Beginn des Ersten Weltkriegs, malte der russische Künstler Wassily Kandinsky das Bild »Improvisation 9«. Es hängt heute in der Staatsgalerie in Stuttgart. Seine ungeheure Farbenvielfalt beeindruckt ebenso wie seine ästhetische Schönheit. Kandinsky war zum damaligen Zeitpunkt auf einem Höhepunkt seiner künstlerischen Entwicklung angelangt. Seine Malerei war zum Spiegel geworden, sowohl dessen, das im außen gesehen und erlebt werden konnte, als auch jenes anderen das sich jenseits des Konkreten im Bereich der inneren Erfahrung und Befindlichkeit befand. Der Umgang mit der Farbe, deren aufsehenerregende Befreiung vom Gegenstand durch die Impressionisten er bei der Begegnung mit der Serie der »Heuhaufen« von Claude Monet im Jahr 1986 begriffen hatte, spielte im Zusammenhang seines Ringens um eine auch kunsttheoretisch und geistig reflektierte Kunst eine Schlüsselrolle. Indem Kandinsky die Formen des Gesehenen nur noch zeichenhaft reduziert wiedergab, erhielten die Farben Fläche und Raum. Das Bild wandelte sich zur Komposition, und die Erscheinung des Dargestellten in leuchtenden Farben war voller Rhythmus und Klang. Kandinsky hatte so das von den Impressionisten und danach den Fauves um Matisse verwirklichte Potenzial der Farbe, mit ihr malerisch das Tor zur Abstraktion aufstoßen zu können, signifikant zur Entfaltung gebracht. Kandinskys kunsttheoretische Beschäftigung mit dem Bereich jenseits des im Außen zu Sehenden, den er im Geistigen angesiedelt sah, ließen ihn daraufhin eine ganze Reihe an weiteren Werken unter dem Titel »Improvisation« malen.

Sichtbar für das Auge wird Licht als ein Strahl oder als Streuung von Punkten. Jeder Punkt einer Welle erzeugt eine neue Welle. Gemeinsam schaffen sie so Lichtfelder. Trifft das Licht als Welle auf Materie, kann es reflektieren, brechen, verlangsamen oder gar absorbiert werden. Die unterschiedlichen Farben entstehen jeweils durch die Ereignisse von Reflexion oder Absorption, nachdem das Licht auf Materie gestoßen ist. So entstehen sogenannte Absorptionsfarben, wenn der Großteil des einfallenden weißen Lichts »verschluckt« (absorbiert) und nur Licht aus einem kleinen spektralen Bereich reflektiert beziehungsweise zurückgestreut wird– eine Farbe entsteht. Der Extremfall dieser »Farbe« entsteht bei vollständiger Absorption des Lichtes über den ganzen sichtbaren Spektralbereich: Die Oberfläche erscheint schwarz. Bei sogenannten Emissionsfarben leuchtet das Material selbst und sendet Licht in einem begrenzten Wellenlängenbereich aus. Ein geläufiges Beispiel ist das gelbliche Licht der älteren Straßenbeleuchtung, der sogenannten Natriumdampf-Hochdrucklampen bei denen gasförmiges Natrium gelbes Licht aussendet.

Es gibt in der Physik auch eine spannende Mischform: Materialien, die eine Ordnung auf der Mikro- oder Nanoskala haben, können einfallendes Licht resonant streuen und zurückwerfen. Die Beugung von Gitterstrukturen, wie beispielsweise von den regelmäßigen Rillen einer CD, sind ein gutes Beispiel. Hier werden sowohl gewisse Anteile des Lichtes verschluckt, einige Anteile jedoch auch effizient zurückgeworfen – sehr intensive und leuchtstarke Farben sind die Folge, das Material scheint von sich zu leuchten.

Pigmente als Träger von Farben, seit Jahrhunderten und Jahrtausenden gewonnen aus farbigen Erden oder gemahlenen Materialien, können unter Lichteinfall jedoch ausbleichen. An der Universität Stuttgart ist es in diesem Zusammenhang Dr. Mario Hentschel vom 4. Physikalischen Institut gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das die natürliche Erscheinung von Gemälden über viele Jahrzehnte auf kleinster Fläche zu konservieren vermag. Hierfür brachte er das Bild »Improvisation 9« mit seiner Farbenvielfalt auf einer Fläche von nur 180 x 180µm² (Quadratmikrometer) unter – kaum größer als die Spitze einer Nadel. Dabei grub er in einem Siliziumwafer - in der Mikroelektronik so genannte kreisrunde oder quadratische Scheiben von einem Millimeter Dicke - mithilfe sogenannter Gold-Ionenstrahl-Lithographie winzige Löcher ein, die in Bezug auf ihre Tiefe und Durchmesser variierten. Der Gold-Ionenstrahl wirkte wie Sand aus einer Sandstrahlpistole, der das Silizium an der Stelle seines Auftreffens schlagartig verdampft und die Nanolöcher gräbt. Die Durchmesser und Tiefen der Löcher sind nur wenige Hundert Nanometer groß, vergleichbar mit einem Hunderstel einer Haaresbreite oder vergleichbar mit den kleinsten Bakterien. Unter dem Mikroskop konnte Hentschel dann feststellen, dass diese Nanolöcher kräftige und natürliche Farben zeigten. Diese hingen in dem Moment nicht mehr von den Pigmenten und dem Einfall von Licht ab, sondern ausschließlich von der Lochgröße und der Lochform. Als entscheidend erwies sich dabei das Material. Das Silizium ist sehr hart. Es weist einen hohen Brechungsindex auf und verändert im Gegensatz zu Pigmenten von daher seine Beschaffenheit nicht. Einzelne Löcher in diesem Material können so Licht »einsperren«: Licht passender Wellenlänge wird an den Flächen des zylindrischen Loches reflektiert und bildet stehende Wellen aus. Als einzelne Elemente treten sie quasi resonant mit einfallendem Licht in Wechselwirkung. Eine solche nicht regelmäßige oder periodische Struktur zeigen die elektronenmikroskopischen Aufnahmen auf der rechten Seite.