人脑最神奇的功能之一
就是识别出模式并把其描述出来的能力。
流体动力学里湍流的概念
就是我们探求过的最艰深的模式之一。
德国物理学家维尔纳·海森伯格曾说,
“如果我碰到上帝,我会问他两个问题:
为什么创造相对论?为什么创造湍流?
我相信他会对前者有个解释。”
因为用数学去理解湍流太困难,
我们可以用艺术来描绘它的样子。
1899年6月,文森特·梵高
在他位于普罗旺斯圣雷米的圣保罗疗养院的房间里,
透过窗户画下了日出前的景象。
在一次精神病发作中,他自残耳朵,
之后便自愿进入疗养院。
在《星夜》中,他旋转的画笔
创造了一个满是旋转的星云的夜空。
梵高和其他印象派画家对光线的表达
采用了不同于前辈们的方法。
他们好似能捕捉光线的动感,
比如通过波光粼粼的水面表现光的跃动,
又如在《星夜》里用深蓝夜空中乳白色的波动
来表现星星的闪烁。
这种效果源于亮度的不同,
即画布上不同颜色反光强度的不同。
我们视觉皮层中较初级的部分
能区分光强以及感知光的运动但不能感知颜色,
所以如果两个不同颜色的色块有相同的亮度,
就会被混在一起。
可是我们大脑中的灵长类部分
能把不同颜色区分开来。
当这两种功能同时发生,
印象派的画作便流光溢彩地闪烁、跳跃了起来。
梵高等印象派画家就是这样用犀利的笔触
捕捉了光的动感,
使得画作栩栩如生。
六十年后,俄国数学家安德雷·柯尔莫哥洛夫
推进了我们对湍流的数学理解。
他提出:长度为R的湍流的能量
与R的三分之五次幂成正比。
实验测量显示柯尔莫哥洛夫的结果
与湍流的实际运动规律极其近似。
然而,物理学界至今也未能
完全地描述湍流。
湍流是在不同能级上是自相似的,
也就是说,大的涡流会把能量传给小的涡流,
后者只是前者的缩小版。
这样的例子包括:木星的大红斑、
云的形成以及星际尘埃。
2004年,通过哈勃太空望远镜
科学家观测到一颗遥远恒星周围的气体和尘埃云。
这让他们想到了梵高的《星夜》。
受到启发的墨西哥、西班牙和英国科学家们
决定详细地研究梵高画作中的亮度。
他们发现:梵高的许多画作中都隐藏着
显著的与柯氏方程相近的湍流结构的模式。
研究者们把画作数字化,
然后测量不同像素间的亮度差异。
从反应像素分离的曲线中
他们得出结论:梵高精神焦虑时期的画作中
表现出了与湍流极其相似的特性。
他病情较稳定时期的那副拿着烟斗的自画像
则并未出现类似现象。
其他艺术家那些第一眼看起来
像是有湍流的作品亦是如此,
比如蒙克的《尖叫》。
虽然我们不能就这样说
梵高具有描绘湍流的天赋。
但是有一个美丽的事实同样难以解释清楚:
在极度的痛苦中,
梵高不可思议地认识并表现出
一种在人类之前就已出现的
极其深奥的概念,
并用他独特的想象力
去感受流光动影的终极秘密。