激しい流れの美しさ：ヴァン・ゴッホの芸術を探る

要約

本記事では、流体力学における激しい流れの概念と、特にヴィンセント・ヴァン・ゴッホの作品に表現された方法を探求します。私たちは、乱流の数学的理解とその自己相似性について掘り下げ、印象派の芸術家たちが、ヴァン・ゴッホを含め、作品で光と動きをどのように描いたかを説明します。また、最近の研究で、ヴァン・ゴッホの多くの絵画に乱流の流体構造の明確なパターンが見つかったことを検討し、芸術と科学の驚くべきつながりを強調します。

激しい流れの理解の難しさ

乱流は、流体力学における最も複雑で難解な概念の1つです。それは、空気や水などの流体が、表面を流れたり、パイプを通過する際に、混沌的で予測不能な運動をすることを指します。気象予報や航空機設計など、多くの科学技術分野で重要な役割を果たしているにもかかわらず、乱流は物理学の未解決の問題の1つです。

印象派芸術と光と動きの表現

印象派の芸術家たちは、ヴァン・ゴッホを含め、作品で光と動きを独特の方法で表現しました。彼らは、素早く実行された筆触と対比的な色を使用して、光がどのように動き、周囲と相互作用するかを捉えました。この効果は、キャンバス上の色の光度によって引き起こされます。視覚皮質の原始的な部分は、色を混ぜずに光の対比と動きを見ることができます。これに対し、霊長類の亜部位は、対比的な色を見ることができます。これにより、多くの印象派の作品には、脈動、点滅、放射状の効果が生まれ、光がどのように動くかを驚くべきリアルさで捉えています。

コルモゴロフの方程式と乱流の自己相似性

ロシアの数学者アンドレイ・コルモゴロフは、乱流のエネルギーが長さスケールの5/3乗に比例すると提案したことで、乱流の数学的理解に重要な貢献をしました。この方程式は、実験で乱流がどのように機能するかに非常に近いことが判明していますが、乱流の完全な記述は未だに難しい課題の1つです。乱流の自己相似性は、エネルギーが大きな渦から小さな渦に移動し、異なるスケールでエネルギーのカスケードが生じるということを意味します。自己相似的な乱流の例には、木星の大赤斑、雲の形成、星間塵粒子などがあります。

ヴァン・ゴッホの芸術と乱流の流体構造の隠れたパターン

2008年、科学者たちはハッブル宇宙望遠鏡を使用して、星の周りの遠い塵とガスの雲の渦を観察し、ヴァン・ゴッホの「星月夜」を思い出しました。この観察は、メキシコ、スペイン、イギリスの研究者たちを、ヴァン・ゴッホの絵画の光度を詳しく調べることに駆り立てました。彼らは、多くのヴァン・ゴッホの絵画に、コルモゴロフの方程式に近い乱流の流体構造の明確なパターンがあることを発見しました。研究者たちは、絵画をデジタル化し、2つのピクセル間の明るさの変化を測定しました。ピクセル間の曲線から、精神的興奮期間のヴァン・ゴッホの絵画は、流体乱流と驚くほど似ていることがわかりました。ただし、彼の人物画「パイプを持つ自画像」など、落ち着いた時期の作品や、最初に見たときに同様に乱れたように見える他の芸術家の作品、例えばムンクの「叫び」などには、この対応が見られませんでした。

結論

芸術と科学のつながりは魅力的なものであり、ヴァン・ゴッホの芸術は、乱流の複雑で美しい世界を見るためのユニークなレンズを提供しています。ヴァン・ゴッホの乱れた天才が彼に正確に乱流を描写することを可能にしたというのは単純化しすぎていますが、彼が苦しんでいる時期に自然界で最も難しい概念の1つを知覚し、表現することができたことは驚くべきことです。