1889年，荷兰画家文森特·梵高在法国圣保罗修道院创作出这幅闻名遐迩的作品——《星月夜》。
梵高的《星月夜》
星空、柏树、村庄、山峦，梵高用扭曲的线条与热烈的色彩勾勒出一个亦真亦幻的画面，其神秘、暧昧、深邃的意境让《星月夜》成为人类艺术史上最“出圈”的作品之一，相关的二创和研究数不胜数。文森特·梵高的《星月夜》中斑驳的星光和旋转的云层被认为反映了艺术家在1889年创作时动荡的心境。
近日，来自厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室及海洋与地球学院黄永祥教授团队的研究分析表明，梵高对湍流流动的数学结构有着深刻的直觉理解。该研究成果于9月17日发表在《Physics of Fluids》上，并受到CNN等多家国际媒体的广泛报道。
《星月夜》中的涡旋/涡流
湍流是一种在流体中广泛存在的自然现象，如水流、洋流、血液流动、翻滚的风暴云以及烟雾柱等形式。湍流本质上是一种混乱状态，其中较大的涡旋不断形成并解体为更小的涡旋。尽管从普通观察者的视角，湍流看起来可能是随机的，但实际上它遵循一种级联模式，可以通过数学方程进行深入研究，进而得到部分解释。
他们发现，《星月夜》中14个涡流的大小、相对距离和强度遵循了流体动力学的物理法则，即柯尔莫哥洛夫理论。这一理论在20世纪40年代由苏联数学家安德雷·柯尔莫哥洛夫提出，描述了流速波动与能量耗散率之间的数学关系。该项研究同时发现，在最小尺度上，颜料与一些背景涡流以湍流理论预测的方式混合，遵循巴切勒定律的统计模式——这一定律在数学上描述了小颗粒（如海洋中漂流的藻类或风中的尘埃）如何被湍流流动被动地混合。
《星月夜》中一些涡流的典型笔触的空间尺度
黄教授表示：“当然，梵高可能并不了解这些方程，但他很可能花了大量时间观察自然中的湍流。我相信这种物理关系深植于他的脑海中，因此在创作著名的《星月夜》时，他自然模仿了真实的流动。” 他还提到，科学家们长期以来在流体动力学中描述湍流方面面临困难，目前尚未找到一种有效的方法来预测这一现象，完整的解释依然是物理学中的一大谜团。他指出，深入理解湍流将有助于改善天气预报、减少飞行颠簸以及其他许多过程。“即使经过了超过100年的研究，我们仍然无法定义这一复杂现象，”黄教授说。“它既极为重要，又极为复杂。”
由美国宇航局朱诺号航天器拍摄的木星大红斑清晰地展现出湍流的分形特性，即大旋涡会产生小旋涡
这篇研究论文揭示了梵高名作《星月夜》中神秘而奇幻的天空，背后隐藏着与湍流理论的惊人相似性，展现了艺术与科学之间的微妙联系。研究揭示了梵高在创作时潜意识中对湍流的独特感知，显示出艺术作品中蕴含的深刻物理规律。虽然湍流作为一种复杂现象仍然难以完全解析，但该研究的发现为我们打开了新的视野，让我们在欣赏经典艺术的同时，也能体会到科学的魅力与深度。这一跨学科的研究不仅为理解历史艺术作品提供了新方法，不仅丰富了我们对经典艺术作品的认识，更展示了艺术创作与科学探索的互相启迪，也为现代科学研究提供了新的思路，展示了艺术与科学相辅相成的美好可能。
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