اشترك في النشرة العلمية Wonder Theory من CNN. استكشف الكون من خلال الأخبار حول الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
يُعتقد أن ضوء النجوم المتناثر والسحب الدوامة في لوحة “الليلة المرصعة بالنجوم” لفينسنت فان جوخ تعكس الحالة الذهنية المضطربة التي كان عليها الفنان عندما رسم العمل في عام 1889.
والآن، تشير تحليلات جديدة أجراها علماء فيزياء مقيمون في الصين وفرنسا إلى أن الفنان كان لديه فهم عميق وبديهي للهيكل الرياضي للتدفق المضطرب.
وكظاهرة طبيعية شائعة يمكن ملاحظتها في السوائل – المياه المتحركة، والتيارات المحيطية، وتدفق الدم، وسحب العواصف المتصاعدة، وأعمدة الدخان – فإن التدفق المضطرب يكون فوضويًا، حيث تتشكل الدوامات أو الدوامات الأكبر وتتفكك إلى دوامات أصغر.
قد يبدو الأمر عشوائيًا للمراقب العادي، ولكن الاضطرابات تتبع مع ذلك نمطًا متتاليًا يمكن دراسته وتفسيره، جزئيًا على الأقل، باستخدام المعادلات الرياضية.
وقال يونج شيانج هوانج، المؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرت يوم الثلاثاء في المجلة العلمية “فيزياء السوائل”: “تخيل أنك تقف على جسر وتشاهد تدفق النهر. سترى دوامات على السطح، وهذه الدوامات ليست عشوائية. إنها تنظم نفسها في أنماط محددة، ويمكن التنبؤ بهذه الأنواع من الأنماط من خلال القوانين الفيزيائية”. وهوانج باحث في مختبر الدولة الرئيسي لعلوم البيئة البحرية وكلية علوم المحيطات والأرض في جامعة شيامن في جنوب شرق الصين.
“الليلة المرصعة بالنجوم” هي لوحة زيتية على قماش، أشارت الدراسة إلى أنها تصور منظرًا قبل شروق الشمس من النافذة المواجهة للشرق لغرفة فان جوخ في سان ريمي دي بروفانس في جنوب فرنسا. كان فان جوخ قد أدخل نفسه إلى مصحة نفسية هناك بعد تشويه أذنه اليسرى.
وباستخدام صورة رقمية للوحة، فحص هوانج وزملاؤه مقياس الأشكال الدوارة الرئيسية الأربعة عشر لفهم ما إذا كانت تتوافق مع النظريات الفيزيائية التي تصف انتقال الطاقة من الدوامات الكبيرة إلى الدوامات الصغيرة أثناء تصادمها وتفاعلها مع بعضها البعض.
“الليلة المرصعة بالنجوم” ونظريات الاضطرابات
لا يمكن قياس الحركة الجوية للسماء المرسومة بشكل مباشر، لذا قام هوانج وزملاؤه بقياس ضربات الفرشاة بدقة ومقارنة حجم ضربات الفرشاة بالمقاييس الرياضية المتوقعة من نظريات الاضطرابات. لقياس الحركة الفيزيائية، استخدموا السطوع النسبي أو الإضاءة لألوان الطلاء المختلفة.
اكتشف الباحثون أن أحجام الدوامات الـ14 في “الليلة المرصعة بالنجوم”، والمسافة النسبية بينها وكثافتها، تتبع قانونًا فيزيائيًا يحكم ديناميكيات الموائع يُعرف باسم نظرية كولموغوروف للاضطراب.
في أربعينيات القرن العشرين، وصف عالم الرياضيات السوفييتي أندريه كولموغوروف العلاقة الرياضية بين التقلبات في سرعة التدفق ومعدل تبدد طاقته.
كما وجد هوانج وفريقه أن الطلاء، على أصغر مقياس، يختلط ببعض الدوامات والدوامات الخلفية بطريقة تنبأت بها نظرية الاضطرابات، وفقًا لنمط إحصائي يُعرف باسم مقياس باتشيلور. يمثل مقياس باتشيلور رياضيًا كيف تختلط الجسيمات الصغيرة، مثل الطحالب العائمة في المحيط أو قطع الغبار في الرياح، بشكل سلبي بواسطة التدفق المضطرب.
وقال جيمس بيتي، الباحث في قسم علوم الفيزياء الفلكية بجامعة برينستون في نيوجيرسي، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “هذا رائع. هذا هو بالفعل نوع الإحصائيات التي تتوقعها من أزهار الطحالب التي تجتاحها تيارات المحيط، أو الغبار والجسيمات في الهواء”. لم يشارك بيتي في هذه الدراسة ولكنه أجرى بحثًا مشابهًا على العمل الفني.
“في بحثي، لم أنظر إلا إلى الدوامات الكبيرة في اللوحة، لذلك لم أر هذه العلاقة الثانية”، كما قال، في إشارة إلى مقياس باتشيلور.
“مصادفة مذهلة”
وبطبيعة الحال، قال هوانج، إن فان جوخ لم يكن على علم بمثل هذه المعادلات، لكن من المرجح أنه أمضى الكثير من الوقت في مراقبة الاضطرابات في الطبيعة.
“أعتقد أن هذه العلاقة الجسدية يجب أن تكون راسخة في ذهنه، ولهذا السبب عندما رسم هذه اللوحة الشهيرة “ليلة النجوم”، فإنها تحاكي التدفق الحقيقي”، كما قال هوانغ.
واتفق بيتي مع هذا الرأي قائلاً: “إنها مصادفة مذهلة أن تشترك لوحة فان جوخ الجميلة في العديد من الإحصائيات نفسها مثل الاضطرابات”.
“وهذا منطقي إلى حد ما ــ فقد تم إنشاء النماذج لمحاولة التقاط إحصاءات الدوامات والدوامات على مقاييس متعددة، حيث تتواصل كل دوامة مع دوامات أخرى من خلال سلسلة مضطربة. وبمعنى ما، رسم فان جوخ شيئًا يمثل هذه الظاهرة، فلماذا لا يكون هناك بعض التقارب بين النماذج النظرية وإحصاءات الدوامات التي رسمها فان جوخ؟”
وأجرى فريق الدراسة نفس التحليل واكتشف نفس الظاهرة في صورتين أخريين، إحداهما لوحة بعنوان “رصيف السلسلة، برايتون”، رسمها الفنان البريطاني جون كونستابل في عامي 1826 و1827، والأخرى صورة فوتوغرافية للبقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري، التقطتها مركبة الفضاء فوييجر 1 التابعة لوكالة ناسا في 5 مارس/آذار 1979.
“على عكس لوحة “الليلة المرصعة بالنجوم”، تفتقر هذه اللوحة إلى أنماط دوامة محددة جيدًا، ولكن السحب غنية بالهياكل ذات المقاييس المختلفة، تشبه تلك التي نراها بشكل متكرر في السماء”، كما أشارت الدراسة عن عمل كونستابل الفني.
تُعرض لوحة “الليلة المرصعة بالنجوم” في متحف الفن الحديث في نيويورك، وهي عمل فني يحظى بشعبية كبيرة وتم إعادة إنشائه باستخدام مكعبات ليغو والطائرات بدون طيار والدومينو.
وقال هوانج إن العلماء كافحوا لفترة طويلة لوصف التدفق المضطرب في ديناميكيات الموائع بطريقة تسمح لهم بالتنبؤ بالظاهرة، وأن التفسير الكامل يظل لغزًا سائدًا في الفيزياء. وأضاف أن الفهم الشامل من شأنه أن يساعد في التنبؤ بالطقس واضطرابات الطيران والعديد من العمليات الأخرى.
وقال هوانج “حتى بعد أكثر من 100 عام من الدراسة، لا نعرف حتى كيفية تعريف هذه الظاهرة المعقدة. إنها مهمة للغاية، لكنها صعبة للغاية”.
وقال بيتي إن حقيقة أن “الليلة المرصعة بالنجوم” تتطابق مع النماذج الإحصائية للاضطرابات على الرغم من أن العمل الفني لا يتحرك في الواقع قد يشير إلى أن الأساليب والأدوات الإحصائية أقل دقة مما قد يظن العلماء.
لا يمكن قياس اللوحة بدقة لأنها “في الواقع ليست اضطرابًا … ليس لديها طاقة حركية”، كما قال.
ومع ذلك، قال بيتي إنه كان من أشد المعجبين بهذا العمل الفني، وإنه يعكس العالمية وجمال الاضطرابات.
وقال “أنا أحب بشدة حقيقة أنني أستطيع أن آخذ فهمي للاضطراب في البلازما بين المجرات وأطبقه على الاضطرابات بين النجوم، أو بين الأرض والشمس أو في بحيراتنا ومحيطاتنا وغلافنا الجوي”.
وأضاف بيتي: “ما استخلصته من دراسات مثل هذه هو أن (فان جوخ) نجح في التقاط بعض هذه العالمية في لوحة (ليلة النجوم) الجميلة. وأعتقد أن الناس يعرفون هذا. إنهم يعرفون أن شيئًا رائعًا قد تم تضمينه في هذه اللوحة وأننا منجذبون إليها”.
لمزيد من أخبار ورسائل CNN الإخبارية، قم بإنشاء حساب على CNN.com