ภาพของแสงดาวที่สาดส่องและก้อนเมฆที่หมุนวนไปมาบนภาพ ‘The Starry Night’ ของศิลปินระดับโลก แวน โก๊ะ (Van Gogh) สะท้อนถึงจิตใจที่ว้าวุ่นของเขาในปี 1889
ทว่าการวิเคราะห์ครั้งใหม่ของนักฟิสิกส์ในจีนและฝรั่งเศส กำลังชี้ให้เห็นว่า แวน โก๊ะ มีความเข้าใจโครงสร้าง ‘คณิตศาสตร์’ ของกระแสไหลวน (turbulent flow) ได้อย่างลึกซึ้ง
The Starry Night เป็นภาพวาดทิวทัศน์ก่อนที่พระอาทิตย์จะโผล่ขึ้นมาทางทิศตะวันออก ซึ่งเป็นมุมมองจากห้องพักผู้ป่วยจิตเวชที่แวน โก๊ะเข้ารับการรักษาที่อยู่ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส ซึ่งภาพนี้ถูกแต่งแต้มด้วยสีน้ำมันบนผ้าใบแคนวาส
หย่งเซียง หวง (Yongxiang Huang) หัวหน้าคณะวิจัยและทีมใช้เวลาสำรวจขนาดของรูปทรงหลักๆ ทั้ง 14 รูปทรงที่หมุนวน เพื่อทำความเข้าใจว่ารูปทรงเหล่านี้สัมพันธ์และสอดคล้องกับทฤษฎีทางฟิสิกส์เกี่ยวกับการถ่ายโอนพลังงานกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ไปขนาดเล็กซึ่งไหลชนโต้กันไปมา
‘ค่ำคืนที่เต็มไปด้วยดวงดาว’ และทฤษฎีความปั่นป่วน
การเคลื่อนที่ของท้องฟ้าที่แวน โก๊ะวาดไว้ไม่สามารถวัดได้โดยตรง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงวัดรอยพู่กันและเปรียบเทียบขนาดของรอยพู่กันกับมาตราส่วนทางคณิตศาสตร์ที่คาดว่าจะสอดคล้องกับทฤษฎีความปั่นป่วน ขณะที่ใช้ความสว่างของสีในแต่ละโทนวัดการเคลื่อนที่ของการไหล
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า ขนาดของกระแสน้ำวน 14 กระแสในภาพรวมถึงระยะทางสัมพันธ์และความเข้มข้นของกระแสน้ำวนเหล่านั้น เป็นไปตามกฎฟิสิกส์ที่ควบคุมพลศาสตร์ของไหลหรือที่เรียกว่าทฤษฎีความปั่นป่วนของคอลโมโกรอฟ (Kolmogorov)
ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1940 นักคณิตศาสตร์ชาวโซเวียต อันเเดรย์ คอลโมโกรอฟ (Andrey Kolmogorov) ได้อธิบายถึงความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความผันผวนของความเร็วของกระแสน้ำและอัตราที่พลังงานของกระแสน้ำจะสูญเสียไป
นอกจากนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ยังพบอีกว่า มีสีที่ถูกระบายแบบจุดเล็กที่สุดบนภาพวาดได้ผสมกับเกลียวคลื่นและหมุนวนโดยเป็นรูปแบบที่เรียกว่า ‘การปรับขนาด’ ซึ่งการปรับขนาดนี้แสดงให้เห็นในทางคณิตศาสตร์ว่า อนุภาคขนาดเล็ก เช่น สาหร่ายที่ล่องลอยอยู่ในมหาสมุทรหรือเศษฝุ่นในลม จะถูกผสมปะปนกันโดยกระแสน้ำที่ปั่นป่วน
ความบังเอิญที่น่าทึ่ง
นักวิทยาศาสตร์มองว่า แวน โก๊ะคงไม่รู้เรื่องสมการคณิตศาสตร์ดังกล่าว แต่เขาน่าจะใช้เวลาสังเกตความปั่นป่วนในธรรมชาติมากพอสมควร โดยเชื่อว่า ความสัมพันธ์เหล่านี้น่าจะฝังอยู่ในใจของเขา และมันเป็นความบังเอิญที่น่าทึ่ง
ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการวิเคราะห์แบบเดียวกัน และตรวจพบปรากฏการณ์เดียวกันในภาพอื่นๆ ของศิลปินคนอื่นอีกสองภาพ ภาพหนึ่งเป็นภาพวาดชื่อว่า ‘Chain Pier, Brighton’ ซึ่งสร้างสรรค์โดยจอนห์ คอนสเตเบิล (John Constable) ศิลปินชาวอังกฤษ และอีกภาพเป็นภาพถ่ายจุดแดงขนาดใหญ่ของดาวพฤหัสบดี ซึ่งถ่ายโดยยานโวเอเจอร์ 1 ของนาซ่า (NASA)
อ้างอิงจาก
