«Зоряна ніч», створена голландським художником Вінсентом Ван Гогом у 1889 році, є одним із найінтригуючиших творів світу мистецтва. Це не тільки вражаюче спогади, але й хвилююче небо, яке крутиться, начебто пропонує детальне розуміння фізики турбулентності. Тепер це підтверджує новий, глибокий аналіз. Мазки на роботах Ван Гога відповідають динаміці рідини земної атмосфери – і, можливо, ширшого Всесвіту.
«[Картина] демонструє глибоке та інтуїтивне розуміння природних явищ», — каже фізик Юнсян Хуан з Університету Сямень у Китаї. «Точне уявлення Ван Гога про турбулентність може бути отримано від вивчення руху хмар і атмосфери або від вродженого відчуття того, як вловити динамічність неба».
Здебільшого ми не можемо побачити це своїми очима, але земна атмосфера — це постійно рухома, постійно мінлива, хвилююча маса рідини. Хмари можуть виявити цю постійну активність, але для глибокого розуміння атмосферної турбулентності зазвичай потрібні інструменти, які ретельно відображають її невидимі рухи.
Ми, звичайно, не можемо виміряти атмосферну турбулентність, яку Ван Гог зображує в «Зоряній ночі» . Але команда вчених на чолі з фізиком Іньсян Ма з Університету Сямень могла виміряти мазки, щоб побачити, чи вони збігаються з попередніми дослідженнями, які встановили, що турбулентність, показана на картині, узгоджується з теорією, опублікованою радянським математиком Андрієм Колмогоровим у 1940-ті роки.
«На відміну від попередніх досліджень, які досліджували лише частину цієї картини, у цій роботі враховуються всі і лише вихори на картині відповідно до каскадної картини турбулентності Річардсона-Колмогорова», — пишуть дослідники у своїй статті.
«[Наш] результат свідчить про те, що Ван Гог дуже ретельно спостерігав за реальними потоками, тому не лише розміри вирів/вирів у «Зоряній ночі», а і їх відносна відстань та інтенсивність відповідають фізичному закону, який керує турбулентними потоками».
Дослідники використовували цифрове зображення твору мистецтва з високою роздільною здатністю, щоб дослідити мазки пензля у вигляді 14 завитків і вихорів у небі, зображених на картині, як індикатор атмосферної турбулентності, подібної до руху листя в осінньому вирі.
Для кожного з цих мазків вони ретельно досліджували просторові властивості, а також яскравість фарби, порівнюючи це з теорією турбулентності Колморогова, яка описує, як енергія постійно тече від більших вихорів до менших перед тим, як розсіюватися.
Вони виявили, що вихори на картині задовольняють вимоги закону Колмогорова про масштабування турбулентності, що також було встановлено попередніми дослідниками.
Але, проаналізувавши найменші масштаби мазків, команда виявила, що картина також узгоджується зі спектром потужності скалярів, визначеним австралійським математиком Джорджем Батчелором у 1959 році. Він виявив, що скаляри, або масштабовані компоненти в турбулентності, тобто вихори різних розмірів – має відображатися спектр потужності, що відповідає їхньому розміру.
Попереднє дослідження також виявило, що турбулентність, виявлену в «Зоряній ночі», також можна побачити в молекулярних хмарах у космосі, де народжуються самі зірки. Нове дослідження підтверджує, що інтуїтивне розуміння художником фізики природи могло бути навіть глибшим, ніж ми думали.
«Вінсент Ван Гог, як один із найвидатніших художників-постімпресіоністів, дуже ретельно спостерігав за бурхливими потоками: він зміг відтворити не лише розмір вихорів/завихрень, але і їх відносну відстань та інтенсивність у своїй картині”, – пишуть дослідники.
Майбутні експериментальні дослідження малювання турбулентних потоків можуть допомогти нам зрозуміти, як художнику вдалося вловити турбулентність не лише в зображенні неба, але й у самому фізичному акті малювання. Дослідження опубліковано у Physics of Fluids.