„Звездана ноћ“ Винсента ван Гога у складу је са научном теоријом

Као уобичајена природна појава која се примећује код течности и гаса – вртлози воде, океанске струје, проток крви, олујни облаци и дим цигарете или из димњака – турбулентни ток је хаотичан, јер поред средње брзине струјања, свака честица течности или гаса има још и додатну брзину која може бити делимично у смеру главног струјања, делимично супротна смеру струјања.

Обичном посматрачу ова појава може да делује као насумична, али турбуленција ипак прати каскадни образац који се може проучавати и, барем делимично, објаснити помоћу математичких једначина.

„Замислите да стојите на мосту и гледате како река тече. Видећете вртлоге на површини, а ти ковитлаци нису случајни. Они се уређују у специфичне обрасце, а ове врсте образаца могу се предвидети физичким законима“, наводи Јонгшијанг Хуанг, водећи аутор студије која је објављена у научном часопису Физика флуида (Physics of Fluids). Хуанг је истраживач у Државној лабораторији на Универзитету Сјамен у југоисточној Кини.

Ван Гогово уље на платну Звездана ноћ, како је наведено у студији, приказује изглед неба непосредно пре изласка сунца са прозора окренутог према истоку уметникове собе у Сен Ремију у јужној Француској где је уметник био смештен пошто је себи одсекао лево уво.

Пошто су дигитализовали слику,  Хуанг и његове колеге проучавали су скалу њених 14 главних вртложних облика да би открили да ли су у складу са физичким теоријама које описују пренос енергије од великих вртлога до малих док се сударају и ступају у интеракцију једни с другима.

Звездана ноћ и теорије турбуленције

Атмосферско кретање насликаног неба не може се директно измерити, па су Хуанг и његове колеге прецизно измерили потезе четкицом и упоредили величину потеза са математичким скалама теорија турбуленције. Да би проценили физичко кретање, користили су релативну осветљеност или осветљеност различитих тонова боје.

Открили су да величина 14 вртлога у Звезданој ноћи и њихова релативна удаљеност и интензитет прате физички закон који управља динамиком флуида познат као Колмогоровљева теорија турбуленције.

Током четрдесетих, совјетски математичар Андреј Колмогоров описао је математичку везу између флуктуација брзине протока и брзине којом се његова енергија распршује.

Хуанг и тим су такође открили да се боја, у најмањој скали, меша са неким позадинским вртлозима и ковитлацима на начин који предвиђа теорија турбуленције, пратећи статистички образац познатог као Батчелорово скалирање. Батчелорово скалирање математички представља како се мале честице, као што су алге које лебде у океану или комадићи прашине на ветру, пасивно мешају са турбулентним током.

„Ово је кул. Заиста, ово је врста статистике коју бисте очекивали од океанских струја или прашине и честица у ваздуху“, рекао је Џејмс Бити, постдокторанд на Одељењу за астрофизику на Универзитету Принстон у Њу Џерсију за Си-Ен-Ен. Бити није био укључен у поменуту студију, али се бавио сличним истраживањима уметничких дела.

„У својим истраживањима сам заиста проучавао само велике вртлоге на сликама, тако да нисам уочио ову другу релацију“, додаје, мислећи на Бачелорово скалирање.

'Невероватна случајност'

Наравно, рекао је Хуанг, Ван Гог сигурно није био упућен у математичке једначине, али је вероватно провео доста времена посматрајући турбуленције у природи.

„Мислим да је ова физичка веза морала бити уграђена у његов ум, и отуд ова чувена слика, Звездана ноћ, опонаша прави ток", истиче Хуанг.

Бити се слаже.  „Невероватна је случајност да Ван Гогова прелепа слика поклапа са формулама турбуленције.“ 

„Ово има неког смисла – модели су конструисани у покушају да се схвати статистика вртлога и турбуленције на више скала, при чему сваки вртлог комуницира са другим кроз турбулентну каскаду. У неком смислу, Ван Гог је насликао нешто што представља овај феномен, па зашто онда не би дошло до конвергенције између теоријских модела и статистике Ван Гогових вртлога?"

Истраживачки тим је извршио исту анализу и открио исти феномен на две друге слике, на једној слици, Лука у Брајтону, коју је направио британски уметник Џон Констабл 1826-7, а на другој фотографији Јупитерове велике црвене мрље, снимљене Насином свемирском сондом „Војаџер“ 15. марта 1979. године.

„За разлику од Звездане ноћи, овој слици недостају добро дефинисани вртложни обрасци, али облаци су богати структурама различитих размера, које подсећају на оне које се често виђају на небу," наводи се у студији о Констабловом уметничком делу.

На изложби у Музеју модерне уметности у Њујорку, Звездана ноћ је изузетно популарно уметничко дело које је репродуковано од Лего коцкица, дроновима и доминама.

Мистерија физике

Хуанг напомиње да су се научници дуго борили да опишу турбулентни ток у динамици флуида на начин који би им омогућио да предвиде феномен и да комплетно објашњење остаје преовлађујућа мистерија физике. Темељно разумевање би помогло у прогнози времена, турбуленцијама током лета и многим другим процесима, истиче научник.

„Чак и после више од 100 година проучавања, ми чак не знамо како да дефинишемо овај сложени феномен", наглашава Хуанг. „То је изузетно важно, али је изузетно тешко."

Чињеница да се Звездана ноћ подудара са статистичким моделима турбуленције иако се уметничко дело заправо не помера може указивати да су статистичке методе и алати мање прецизни него што су научници можда мислили, наводи Бити. Слика се не може прецизно измерити јер „Заправо није турбуленција. Нема кинетичке енергије.”

Међутим, Бити наглашава да је велики обожавалац овог уметничког дела и да оно одражава универзалност и лепоту турбуленције.

„Оно што се из оваквих студија може закључти је и то да је Ван Гог ухватио део ове универзалности у својој Звезданој ноћи. И мислим да људи то знају. Они знају да је нешто дивно уграђено у ову слику и то нас привлачи“, закључује Бити.