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.