Jedną z niezwykłych cech ludzkiego mózgu
jest zdolność rozpoznawania wzorów i ich opisywania.
Pośród najtrudniejszych wzorów, jakie próbujemy zrozumieć,
jest zjawisko przepływu turbulentnego w mechanice płynów.
Niemiecki fizyk Werner Heisenberg powiedział:
"Kiedy spotkam Boga, zadam mu dwa pytania:
czemu względność i czemu turbulencja?
Głęboko wierzę, że będzie znał odpowiedź na to pierwsze".
Choć turbulencję trudno zrozumieć matematycznie,
można użyć sztuki do jej przedstawienia.
W czerwcu 1889 roku Vincent Van Gogh namalował tuż przed świtem pejzaż,
z widokiem ze swojego okna w szpitalu Saint-Paul-de-Mausole,
w Saint-Rémy-de-Provence,
gdzie zgłosił się po ucięciu ucha
podczas epizodu psychotycznego.
W "Gwiaździstej nocy" zaokrąglone pociągnięcia pędzla
składają się na nocne niebo wypełnione spiralami chmur i wirami gwiazd.
Van Gogh i inni impresjoniści przedstawiali światło inaczej
niż ich poprzednicy,
jak gdyby próbowali uchwycić jego ruch,
choćby w refleksach na tafli wody,
czy, w tym przypadku, w migotaniu światła gwiazd,
na mlecznym, niebieskim niebie nocy.
Ten efekt powoduje luminancja,
intensywność światła odbitego od różnych barw obrazu.
Prymitywniejsza część kory wzrokowej,
która widzi kontrast i ruch, ale nie kolory,
zleje w jedno dwa fragmenty o różnym kolorze,
jeśli mają tę samą luminancję.
Ale nowa kora mózgowa, obecna u naczelnych,
dostrzeże kontrastujące kolory osobno.
Kiedy te dwa wrażenia się nakładają,
światło na obrazach impresjonistów zdaje się pulsować, migotać
i dziwnie promieniować.
W taki sposób ten i inne obrazy impresjonistów
wykorzystują szybkie, wyraźne pociągnięcia pędzlem
by uderzająco realnie oddać ruch światła.
60 lat później rosyjski matematyk Andriej Kołmogorow
pogłębił matematyczne zrozumienie turbulencji,
tworząc równanie, w którym energia przepływu turbulentnego na odcinku R
zmienia się proporcjonalnie do R do potęgi 5/3.
Pomiary wykazały, że prawo Kołmogorowa
niezwykle dokładnie opisuje przepływ turbulentny,
chociaż całościowy opis turbulencji
pozostaje wśród nierozwikłanych problemów fizyki.
Przepływ turbulentny powiela się, podczas kaskad energii.
Innymi słowy, duże wiry przekazują energię małym,
które robią to samo w mniejszej skali.
Przykładami może być Wielka Czerwona Plama na Jupiterze,
powstawanie chmur oraz cząstki pyłu kosmicznego.
W 2004 roku, używając teleskopu Hubble'a,
naukowcy zobaczyli wiry w chmurze pyłu i gazu wokół gwiazdy,
co przypomniało im "Gwiaździstą noc" van Gogha.
Zmotywowało to naukowców z Meksyku, Hiszpanii i Anglii
do bliższego zbadania luminancji w obrazie van Gogha.
Odkryli wyraźny wzór przepływu turbulentnego,
bliski prawu Kołmogorowa,
ukryty w wielu obrazach van Gogha.
Naukowcy zeskanowali jego obrazy
i zmierzyli różnice jasności pomiędzy każdą parą pikseli.
Z krzywych pokazujących różnicę między pikselami
wywnioskowali, że obrazy z psychotycznego okresu van Gogha
niezwykle dokładnie odwzorowują przepływ turbulentny.
Autoportret z fajką, ze spokojniejszego okresu,
nie wykazuje takich oznak.
Podobnie jak prace innych artystów,
które z początku wydają się równie turbulentne,
jak "Krzyk" Muncha.
Zbyt łatwo byłoby powiedzieć, że turbulentny geniusz van Gogha
umożliwił mu malowanie turbulencji,
ale też za trudne jest wyrażenie zachwycającego piękna faktu,
że w okresie silnego cierpienia
van Gogh potrafił jakoś zaobserwować i odwzorować
jedno z najtrudniejszych zjawisk,
jakie natura ukazała człowiekowi,
i zjednoczyć wybitną wyobraźnię
z najgłębszymi tajemnicami ruchu, płynów i światła.