Een van de bijzonderste aspecten
van het menselijk brein
is het kunnen herkennen
en omschrijven van patronen.
Een van de moeilijkst
te begrijpen patronen
was het concept van turbulentie
in de stromingsleer.
De Duitse natuurkundige
Werner Heisenberg zei ooit:
"Als ik God ontmoet,
vraag ik hem twee dingen:
waarom is er relativiteit
en waarom is er turbulentie?
Ik ben er zeker van dat hij een antwoord
op de eerste vraag heeft."
Hoe moeilijk turbulentie ook
wiskundig te begrijpen is,
toch kunnen we het uitbeelden met kunst.
In juni 1889 schilderde Vincent van Gogh
het uitzicht vlak voor zonsopgang
door het raam van zijn kamer
in het psychiatrisch ziekenhuis
van Saint-Paul-de-Mausole,
in Saint-Rémy-de-Provence,
waar hij zich had laten opnemen
nadat hij zijn oor had verminkt
in een psychotische periode.
In 'De sterrennacht' scheppen
zijn cirkelvormige penseelstreken
een nachtelijke hemel gevuld
met wervelende wolken en sterren.
Van Gogh en andere impressionisten
verbeeldden licht op een andere manier
dan hun voorgangers.
Ze lijken beweging te vangen.
Bijvoorbeeld over zonovergoten water,
of hier in het licht van sterren
dat twinkelt en smelt
door de melkachtige golven
van de blauwe nachthemel.
Dit effect wordt veroorzaakt
door oplichting,
de intensiteit van het licht
in de kleuren op het doek.
Het primitievere deel
van onze hersenschors,
dat alleen contrast ziet
maar geen kleur,
zal twee verschillend
gekleurde gebieden mixen
als ze dezelfde helderheid hebben.
Maar de primaire onderafdeling
van onze hersenen
ziet de contrasterende kleuren
zonder ze te mengen.
Met deze twee tegelijk
optredende interpretaties
lijkt het licht in veel impressionistisch
werk te pulseren, knipperen of draaien.
Zo gebruikt dit en andere
impressionistische werken
snel uitgevoerde opvallende penseelstreken
om opmerkelijk realistisch
vast te leggen hoe licht beweegt.
Zestig jaar later leerde
de Russische wiskundige Andrey Kolmogorov
ons nog meer over turbulentie
toen hij voorstelde dat energie
in een turbulente vloeistof met lengte R
varieert in verhouding
tot de vijf derde macht van R.
Experimenteel meten toont aan
dat Kolmogorov opmerkelijk veel begreep
van hoe turbulente vloeistoffen werken,
hoewel een volledige
beschrijving van turbulentie
een van de onopgeloste problemen
in de natuurkunde blijft.
Een turbulente stroom is zelforganiserend
als er een cascade van energie is.
Grote wervelingen zetten hun energie om
naar kleine wervelingen,
die datzelfde ook weer doen.
Voorbeelden hiervan zijn
de Grote rode vlek van Jupiter,
wolkenformaties
en interstellaire stofwolken.
Met de Hubble-telescoop
zagen wetenschappers in 2004
wervelingen in een verre wolk
van stof en gas om een ster heen.
Het deed ze denken
aan 'De sterrennacht' van Van Gogh.
Dit motiveerde wetenschappers
uit Mexico, Spanje en Engeland
om nauwkeurig de helderheid te bestuderen
in de schilderijen van Van Gogh.
Ze ontdekten een zeker patroon
van turbulente vloeistofstructuren
dat redelijk voldeed aan de modellen
van Kolmogorov, in Van Gogh's werk.
De onderzoekers
digitaliseerden de schilderijen
en maten hoe helderheid
varieerde tussen elke twee pixels.
Bij de rondingen maten ze de pixelafstand
en concludeerden dat de werken
uit Van Goghs psychotische periode
opmerkelijke gelijkenis vertonen
met vloeistofturbulentie.
Zijn zelfportret met de pijp,
uit een rustigere periode van zijn leven,
liet geen overeenkomst daarmee zien.
Werk van andere kunstenaars ook niet,
al leek dat in eerste instantie
net zo turbulent,
zoals 'De schreeuw' van Munch.
Het is te gemakkelijk om te zeggen
dat Van Gogh's turbulente genialiteit
hem in staat stelde
om turbulentie te verbeelden.
Toch is het ook veel te moeilijk
om de uitbundige schoonheid te verwoorden
van het feit dat in een periode
van intens lijden,
Van Gogh in staat was
om een van de moeilijkste concepten
te ontwaren en uit te beelden
die de natuur ooit
aan de mens presenteerde
en om zijn unieke geestesoog te verenigen
met de diepste geheimen
van beweging, vloeistof en licht.