One of the most remarkable aspects of the human brain is its ability to recognize patterns and describe them. Among the hardest patterns we've tried to understand is the concept of turbulent flow in fluid dynamics. The German physicist Werner Heisenberg said, "When I meet God, I'm going to ask him two questions: why relativity and why turbulence? I really believe he will have an answer for the first."
یکی از جنبههای باورنکردنی مغز انسان توانایی درک الگوها و تشریح آنهاست در میان سخت ترین الگوهایی که ما تلاش کردیم تا آنها را درک کنیم مفهوم جریان آشفتگی در دینامیک سیالات است فیزیکدان آلمانی، ورنر هایزنبرگ گفت وقتی با خدا دیدار کنم قصد دارم از او دو سوال کنم چرا نسبیت و چرا آشفتگی (توربولانس) واقعا باور دارم که پاسخ پرسش اول را دارد
As difficult as turbulence is to understand mathematically, we can use art to depict the way it looks. In June 1889, Vincent van Gogh painted the view just before sunrise from the window of his room at the Saint-Paul-de-Mausole asylum in Saint-Rémy-de-Provence, where he'd admitted himself after mutilating his own ear in a psychotic episode. In "The Starry Night," his circular brushstrokes create a night sky filled with swirling clouds and eddies of stars. Van Gogh and other Impressionists represented light in a different way than their predecessors, seeming to capture its motion, for instance, across sun-dappled waters, or here in star light that twinkles and melts through milky waves of blue night sky. The effect is caused by luminance, the intensity of the light in the colors on the canvas. The more primitive part of our visual cortex, which sees light contrast and motion, but not color, will blend two differently colored areas together if they have the same luminance. But our brains' primate subdivision will see the contrasting colors without blending. With these two interpretations happening at once, the light in many Impressionist works seems to pulse, flicker and radiate oddly. That's how this and other Impressionist works use quickly executed prominent brushstrokes to capture something strikingly real about how light moves.
به همان میزان که درک آشفتگی بر مبنای ریاضیات دشوار است ما میتوانیم از هنر برای به تصویر کشیدن آن استفاده کنیم درماه ژوئن سال ۱۸۸۹ونسان ون گوگ منظرهی قبل از طلوع خورشید از پنجره اتاقی در آسایشگاه سنت پُل دِ ماسول در "سنت رمی دِ پروونس" را نقاشی کرد جایی که او برای بریدن گوش خودش در بخش روانی بستری بود در نقاشی "شب پر ستاره" ضربه های دایرهوار قلم مویش آسمان شب با ابرهای چرخشی و ستارههایی به شکل گردابهای کوچک را آفرید. ون گوگ و دیگر نقاشان امپرسیونیست نور را متفاوت از سایر نقاشان پیشین خود نشان میدادند انگار که حرکت نور را ثبت کردهاند، برای مثال در میان نورِ رنگارنگ خورشید روی آب یا در نور ستاره که در مسیر موج شیری رنگ در آسمان آبیِ شب چشمک میزند و ذوب میشود. این ثبت حرکت نور بدلیل روشنایی ایجاد میشود (روشنایی یعنی:) شدت نور در رنگ ها بر روی بوم نقاشی بخش ابتداییتر بینایی ما در کرتکس مغز که تضاد ( کنتراست) نور و حرکت را میبیند ولی رنگ را تشخیص نمیدهد چنانچه دو منطقه رنگی متفاوت شدت روشنایی یکسانی داشته باشند آنها را با هم ترکیب میکند اما بخشی از مغز ما که در همه پستانداران مشترک است رنگهای متضاد را بدون مخلوط کردنشان میبیند بدلیل همزمانی این تحلیلهای مغز نور دربسیاری ازکارهای امپرسیونیسم به نظر تپشی و سوسو کنان میرسد و تابشی عجیب دارد و این روشی است که در این نقاشی و سایر نقاشیهای امپرسیونیسم از ضربه سریع برجسته قلم مو استفاده کرده تا چیزی کاملا واقعی در مورد چگونگی حرکت نور را ثبت کنند
Sixty years later, Russian mathematician Andrey Kolmogorov furthered our mathematical understanding of turbulence when he proposed that energy in a turbulent fluid at length R varies in proportion to the 5/3rds power of R. Experimental measurements show Kolmogorov was remarkably close to the way turbulent flow works, although a complete description of turbulence remains one of the unsolved problems in physics. A turbulent flow is self-similar if there is an energy cascade. In other words, big eddies transfer their energy to smaller eddies, which do likewise at other scales. Examples of this include Jupiter's Great Red Spot, cloud formations and interstellar dust particles.
شصت سال بعد، ریاضیدان روس، آندری کولموگوروف فهم ریاضیاتی ما از آشفتگی را بیشتر کرد زمانی که او پیشنهاد کرد که انرژی در یک سیال آشفته، در طول R به صورت توان پنج سومِ R تغییر میکند. اندازگیریهای تجربی نشان میدهند کولموگوروف بطور قابل ملاحظه ای به اینکه جریان آشفته چگونه کار میکند نزدیک بوده گرچه توضیح کامل آشفتگی یکی از مسايل حل نشده فیزیک باقی مانده اگر یک آبشار انرژی وجود داشته باشد جریان آشفتگی خود را باز تولید میکند به زبان دیگر، جریانهای گردابی بزرگ انرژی خود را به جریانهای کوچکتر انتقال میدهد و جریان کوچکتر همین کار را مقیاس های دیگر انجام میدهد نمونه هایی از این شامل لکهی سرخ بزرگ بر روی سیاره مشتری هست (که شامل) شکل گیری ابرها و ذرات گرد و غبار بین ستارهای است
In 2004, using the Hubble Space Telescope, scientists saw the eddies of a distant cloud of dust and gas around a star, and it reminded them of Van Gogh's "Starry Night." This motivated scientists from Mexico, Spain and England to study the luminance in Van Gogh's paintings in detail. They discovered that there is a distinct pattern of turbulent fluid structures close to Kolmogorov's equation hidden in many of Van Gogh's paintings.
در سال ۲۰۰۴، با استفاده از تلسکوپ هابل دانشمندان از راه دور پیچش گرد و غبار و گاز را در اطراف یک ستاره دیدند و این، "شب پر ستاره" ون گوگ را به یاد آنها آورد این به دانشمندان مکزیکی اسپانیایی و انگلیسی انگیزه داد تا جزيیات روشنایی را در نقاشیهای ون گوگ مطالعه کنند آنها کشف کردند که در ساختار آشفتگی مایعات الگوی مجزایی وجود دارد که به معادله کولموگوروف نزدیک است و دربسیاری از نقاشیهای ون گوگ پنهان میباشد
The researchers digitized the paintings, and measured how brightness varies between any two pixels. From the curves measured for pixel separations, they concluded that paintings from Van Gogh's period of psychotic agitation behave remarkably similar to fluid turbulence. His self-portrait with a pipe, from a calmer period in Van Gogh's life, showed no sign of this correspondence. And neither did other artists' work that seemed equally turbulent at first glance, like Munch's "The Scream."
محققان این نقاشی ها را دیجیتالی کردند و اندازه گیری کردند که چگونه روشنایی بین دو پیکسل متفاوت است با استفاده از نمودار، جدایی پیکسلها را اندازه گرفتند و نتیجه گرفتند که نقاشیهای ون گوگ در دوره های تحریک های روانی رفتار باورنکردنی مشابهی با جریان آشفتگی مایعات دارد در نقاشی پرتره خودش با پیپ، از در دوره زندگی آرام ون گوگ نشانهای از این مطابقت نوری وجود ندارد و در سایر اثرات هنرمندان که در همان نگاه اول آشفتگی برابری را نشان میدهند دیده نمیشود مانند نقاشی"جیغ" اثر مونک
While it's too easy to say Van Gogh's turbulent genius enabled him to depict turbulence, it's also far too difficult to accurately express the rousing beauty of the fact that in a period of intense suffering, Van Gogh was somehow able to perceive and represent one of the most supremely difficult concepts nature has ever brought before mankind, and to unite his unique mind's eye with the deepest mysteries of movement, fluid and light.
در حالی که خیلی ساده هست که بگوییم نابغهی آشفتهی درون ون گوگ توانایی به تصویر کشیدن آشفتگی را داشت بسیار هم سخت است که زیبایی برآمده از یک دورهی رنج شدید را توضیح داد ون گوگ به شکلی قادر به درک و نشان دادن یکی از مهمترین و عالی ترین مفاهیم دشواری بود که طبیعت پیش روی انسان آورده است و توانایی یکی کردن چشمِ ذهن خود با ژرفترین اسرار حرکت ، مایع و نور را داشت.