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."
İnsan beyninin en dikkat çekici yönlerinden biri modelleri fark edebilme ve tarif edebilme kabiliyetidir. Anlamaya çalıştığımız en zor modeller arasında akışkanlar dinamiğindeki türbülanslı akış kavramı gelir. Alman fizikçi Werner Heisenberg şunları söylemektedir: "Tanrıyla karşılaştığımda ona iki soru soracağım: Neden izafiyet ve neden türbülans? İlki için cevabının olacağına gerçekten inanıyorum."
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.
Türbülans kadar zor olanı matematiksel yolla anlamaktır, nasıl göründüğünü resimle tasvir edebiliriz. 1889 Haziran'da Vincent van Gogh güneş doğmadan hemen önce Saint-Rémy-de-Provence Saint-Paul-de-Mausole akıl hastanesindeki odasının penceresinden manzarayı resmetti. Burada psikotik bir olayda kulağını kestikten sonra kendini itiraf etmişti. "Yıldızlı Gece" tablosundaki dairesel fırça darbeleri fırıl fırıl dönen bulutlar ve yıldız anaforlarıyla dolu bir gece oluşturmuştur. Van Gogh ve diğer Empresyonistler ışığı kendi seleflerinden farklı yorumlamışlardır, hareketini yakalamak ister gibi, örneğin, güneş-benekli sular karşısında veya burada mavi gece göğünün uysal dalgaları arasında parıldayan ve eriyen yıldız ışığında. Etki parlaklıkla ortaya çıkar, kanvasta renklerdeki ışığın yoğunluğu ile. Kontrast ve hareketi gören ama rengi görmeyen görsel korteksimizin daha ilkel kısmı, farklı renkteki iki bölgeyi aynı parlaklığa sahiplerse birbirine karıştıracaktır. Fakat beynimizin primat alt kısmı kontrast oluşturan renkleri karıştırmadan görecektir. Bu iki canlandırmanın aynı anda oluşmasıyla, tuhaf şekilde birçok Empresyonistin çalışmasında ışık titreşiyor ve saçılıyor gibi görünür. Bu ve diğer Empresyonistlerin çalışmaları ışığın nasıl hareket ettiğiyle ilgili çarpıcı biçimde gerçek bir şeyleri yakalamak için hızlıca yapılmış belirgin fırça darbelerini kullanır.
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.
60 yıl sonra Rus matematikçi Andrey Kolmogorov türbülansın matematiksel anlatımını geliştirdi: R uzunluğundaki türbülanslı bir sıvıda enerjinin R'nin 5/3 kuvveti ile orantılı şekilde değiştiğini söyledi. Deneysel ölçümler Kolmogorov'un türbülans akışının çalışma prensibine çok yaklaştığını gösteriyor, buna rağmen türbülansın tam tarifi fizikte çözülemeyen problemlerden biri olarak duruyor. Bir türbülanslı akış eğer bir enerji çağlayanı varsa özbenzeştir. Yani büyük girdaplar enerjilerini küçüklere aktarırlar, onlar da kendinden küçüklere. Bunun örnekleri arasında Jüpiter'in Büyük Kırmızı Noktası, bulut formasyonları ve yıldızlararası toz parçacıkları bulunur.
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.
2004'te Hubble Uzay Teleskobu'nu kullanarak bilim insanları bir yıldızın etrafında uzak bir gaz ve toz bulutunun anaforlarını gördüler ve bu onlara Van Gogh'un "Yıldızlı Gece"sini hatırlattı. Bu, Meksika, İspanya ve İngiltere'den bilim insanlarını Van Gogh'un tablolarındaki parlaklığı detaylıca incelemeye yöneltti. Çoğu Van Gogh tablolarında gizli Kolmogorov'un denklemine yakın türbülanslı akış yapılarının açık bir modelinin varlığını buldular.
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."
Araştırmacılar tabloları sayısallaştırdı ve iki piksel arasında parlaklığın nasıl değiştiğini ölçtüler. Piksel ayırmaları için ölçülen eğrilerden Van Gogh'un psikotik sıkıntılar dönemi tablolarının belirgin şekilde akışkan türbülansına benzer davranış gösterdiğini belirlediler. Van Gogh'un sakin dönemlerinden kalma, bir pipoyla kendi portresinde bu benzerlikten eser bulunamadı ve diğer ressamların ilk bakışta benzer şekilde türbülanslı gözüken çalışmalarında da, Munch'un "Çığlık" tablosu gibi.
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.
Van Gogh'un türbülanslı zekâsının onun türbülansı resmetmesini sağladığını söylemek çok kolayken, doğanın insandan önce de oluşturduğu fevkalade zor kavramlardan birini, Van Gogh'un aşırı acı çektiği bir dönemde her nasılsa sezip betimlemesi ve hareket, akışkan ve ışığın en derin gizemleriyle özgün akıl gözünü birleştirmesi gerçeğinin heyecan verici güzelliğini doğru şekilde ifade etmek de oldukça zor olsa gerek.