梵高的《星夜》(1889年)。| 图片来源:MoMa’s online Collection
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无论你是不是一位深度艺术爱好者,应该都知道梵高的《星夜》。这幅由蓝色与黄色旋涡构成的星空图画,极具视觉震撼力,让无数人为之着迷,更是激发了许多创作。
James Beattie是澳大利亚国立大学的一名学生,他研究的是分子云的结构和动力学。分子云是恒星诞生的摇篮,它那搅动的旋涡常常让Beattie联想到梵高的这幅画。
最近,他与另一名学生Neco Kriel一起,决定对分子云与《星夜》的相似之处进行测试。他们利用那些用于分析模拟分子云图样的技术,将艺术和现实进行了比较,结果发现这两者展现出了同样的湍流特征(湍流是指一个有序流动的流体变化成看似不可预知的漩涡)。虽然恒星图案出现在梵高的画作中一事可能是一个令人欢喜的巧合,不过湍流图案在绘画中却非常普遍,这或许是因为湍流现象在我们的日常生活中非常常见,例如香烟头升起的一缕青烟在空气中扩散开来,以及牛奶和咖啡的混合等等。
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其实,人们早就注意到了《星夜》与天空以及湍流结构的联系。比如在2004年,哈勃望远镜在恒星麒麟座v838(位于麒麟座的一颗红色变星)周围捕捉到了一个膨胀的光晕图像,一度被描述为是梵高画作的宇宙版本。
麒麟座v838。| 图片来源:Hubble Heritage
2008年,墨西哥国立自治大学的Jose Luis Aragón与同事们发现,湍流的迹象不仅出现在《星夜》中,也同样出现在梵高的其他画作中,比如在《有丝柏的道路》和《麦田群鸦》的背景中,都弥漫着这样的湍流图案。于是,他们对《星夜》天空的亮度变化进行了逐点分析。结果发现,这些亮度涨落的统计数据似乎与数学家柯尔莫果洛夫 (Andrei Kolmogorov) 对亚音速湍流的预测相符,而亚音速湍流驱动着恒星的对流与地球的大气运动。
梵高的《有丝柏的道路》(1890年)。| 图片来源:Kröller-Müller Museum
但十多年来,这幅画中的湍流的确切形式始终没有得到证实。Aragón说:“我们的方法只是一个近似,要确定《星夜》中是否真的包含湍流,得到一份详细的功率谱是非常必要的。”在他们的研究中,并没有进行过功率谱的计算,而新的研究则弥补了这个缺憾。
Beattie和Kriel将注意力集中在《星夜》中心的旋涡上。首先,他们在画的天空部分选取了一块正方形的区域,再用三种不同的颜色“频道”创建了一些二维的示意图。
三种不同颜色的频道。| 图片来源:[1]
然后他们用傅里叶分析方法计算了这幅画的二维功率谱,这是对图像的一种统计分解,可以给出结构的主要长度尺度。
与Aragón不同的是,他们发现与这些结构相匹配的是超音速湍流的结构,而超音速湍流是在分子气体云中会观察到的湍流类型。Beattie表示,这种数值上的匹配非常激动人心,因为它解释了为什么《星夜》中那些似乎在“驱动”较小旋涡的大旋涡与在湍流云中发现的情况会如此相似。
《星夜》中的蓝色和黄色漩涡与W48等分子云具有相同的湍流特征。| 图片来源:ESA/Herschel/PACS/SPIRE/HOBYS
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除了梵高之外,许多艺术家都曾描绘过湍流结构,比如奥地利画家古斯塔夫·克里姆特 (Gustav Klimt) 也经常在他的作品中包含旋涡的特征,他的《生命之树》就是一个例子。是什么激发了艺术家的灵感,让他们将在作品中加入这样的素材呢?
古斯塔夫·克里姆特《生命之树》| 图片来源:Museum of Applied Arts, Vienna, Austria
多伦多大学的心理学家Gerald Cupchik和他的同事,通过进行脑部活动实验来理解人类对艺术的反应。他们发现,当受试者被要求专注于一幅画的颜色、形状以及其他构图特征时,大脑中的情感区域会活跃起来,旋涡形图案可能对某种天生的审美感知具有吸引力。但是梵高在创作《星夜》时,应该并不会考虑大脑会作何反应。
Cupchik认为,湍流的旋涡之所以经常出现在绘画中,很大概率是因为这种图案在自然界中大量存在。湍流是一种我们都经历过的物理现象,我们可以在水流进排水沟时看见螺旋的形状,在汹涌的大海上看见卷曲的波浪。像梵高这样的艺术家或许对这世界上的某些特征特别敏感,所以便很自然地在自己的作品中包含了这些特征。
Cupchik说,并不为梵高的旋涡与物理学中的旋涡表现出的一致性而惊讶。因为他认为艺术作品中的元素是需要相互配合、连贯一致的,否则就会是一件失败的作品。如果《星夜》中湍流旋涡与自然界中的不像,那么人们可能就会觉得有什么东西不太对劲。
艺术与科学可以相互激发,为彼此带来灵感。如此一来,当艺术家观察到自然界中的某些复杂性,并在作品中体现出了一些关键的特征,并不是一件多么不可思议的事。在创作《星夜》时,梵高不太可能真的预测到了真实恒星中存在的湍流旋涡,这一切应该只是一个美妙的巧合。
参考来源:
来源:原理微信公众号(ID:principia1687)