Изучив изображение ночного неба на картине Винсента Ван Гога «Звездная ночь», китайские физики попытались установить, являются ли характерные спирали на ней отображением турбулентности. Полученные данные поразили ученых: выяснилось, что художник запечатлел вихревые потоки, соответствующие двум математическим моделям.
Изучение живописи представляет интерес не только для искусствоведов. Так, европейские физики, например, исследуют картину Рембрандта «Сусанна и старцы», выяснили, что ранее у нее был другой фон. Naked Science уже писал, по аналогии с тем, как химики исследовали составы красок на другой картине голландского мастера, биологи систематически обнаруживают грибки и колонии разнообразных микроорганизмов в музейных галереях. В сотрудничестве с реставраторами они помогают вернуть полотнам их первоначальный облик.
Картина Винсента Ван Гога «Звездная ночь», являющаяся общепризнанным шедевром, очаровывает своими яркими вихрями не только поклонников постимпрессионизма, но и физиков. Эксперты до сих пор не пришли к единому мнению о том, можно ли интерпретировать вихри в небе «Звездной ночи» как турбулентность. Ведь нечто подобное наблюдается на гравюре «Большая волна в Канагаве», где в турбулентных узорах изображена волна-убийца.
Изучая картину Ван Гога в рамках фундаментальной теории, разработанной в 1941 году, китайские физики выявили, что завихрения на ней соотносятся как с турбулентностью, описанной советским математиком Андреем Колмогоровым, так и с законом Бэтчелора описывает беспорядочные потоки. Результаты новой научной работы опубликованы в журнале Physics of Fluids.
Изначальное изображение картины, взятое из постоянной коллекции Музея современного искусства в Нью-Йорке, было преобразовано специалистами из кодировки RGB в оттенки серого, где интенсивность красного, синего и зеленого цветов была представлена по-разному. После этого вручную были замаскированы области, не представляющие собой небо, чтобы исследовать вихри и их повторяющуюся структуру. Для анализа физики использовали быстрое преобразование Фурье и структурную функцию второго порядка. Кроме того, они изучали мазки, которыми Ван Гог изобразил вихри, а также расстояние между ними.
Вычисления подтвердили справедливость закона масштабирования Колмогорова, утверждающего, что при достаточном количестве завихрений вихри масштабируются каскадом. Это означает, что у крупных вихрей присутствуют более мелкие, у них — ещё меньше, и так далее, до тех пор пока они не исчезнут из-за тепловой вязкости. Кроме того, физики получили подтверждение закона Бэтчелора, который описывает масштабирование вихрей с постоянным коэффициентом – это характерно для пассивной скалярной турбулентности.
Художник, изображая узоры ночного неба, скорее всего, тщательно изучал реальное движение воздушных масс. Особенность нового исследования заключается в том, что вихри на картине Ван Гога соответствуют двум математическим масштабам. Экспериментальное воспроизведение этого факта, по мнению ученых, представляет собой сложную задачу.
«Размер мазков краски оказался ключевым фактором. С помощью цифрового изображения высокого разрешения удалось точно определить типичный размер мазков и сопоставить их с параметрами, предсказанными теорией турбулентности. Это демонстрирует глубокое и интуитивное понимание природных процессов. Возможно, точное изображение Ван Гогом турбулентности стало результатом изучения движения облаков и атмосферы, либо отражает врожденное умение передавать динамику неба», — добавил соавтор исследования Юнсян Хуан.