[科普中国]-旋涡？湍流？梵高名画里的数学

艺术是大众的也是个人的，因为任何一种艺术形式，在被万众欣赏的同时也彰显着创作者的个人色彩。在绘画领域，著名的画家很多，他们的画作即便受到年代、环境等因素的影响，仍形成了各自独特的风格。梵高，便是其中最具魅力的画家之一。

荷兰画家文森特·威廉·梵高是19世纪西方印象画派的大师，也是表现主义绘画的先驱。梵高受到印象派和后印象派运动启发，激起了创作的热情，他短暂的一生共创作出两千余幅作品。梵高，这位天才画家的过早陨落让人惋惜，但他留下的作品至今令人着迷。2018年6月3日，在山西省太原市，150名画师共绘梵高著名油画作品《星月夜》。《星月夜》是梵高于1889年创作的一幅油画，也是梵高的代表作之一，现藏于纽约现代艺术博物馆。正是这幅著名油画告诉我们，梵高不仅是一位绘画天才，也许还是一位数学大师。

在油画《星月夜》中有一个个大大小小的旋涡，这种旋涡形状在物理学中有一个专业术语——湍流。湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。在湍流中流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都随时间与空间发生随机的变化。湍流涉及从微观到宏观多种不同类型的运动，内部外部的能量交换也非常复杂，被称为“经典物理学最后的疑团”。

几个世纪以来，科学家一直试图用精确的数学模型来描述湍流现象，但却难以绘制出湍流的完美模型。上世纪40年代，前苏联数学家柯尔莫哥洛夫提出了“柯尔莫哥洛夫微尺度”公式。借助这个公式，物理学家可以预测流体任意两点之间在速率和方向上的关系。然而近年来，科学家意外发现《星月夜》画作中的光与影似乎显露出“湍流”的真容。他们研究后惊讶地发现，梵高画中的“湍流”竟然真的与描述湍流的数学公式“柯尔莫哥洛夫微尺度”相吻合。也就是说，梵高的《星月夜》画作完美地可视化了这一涡流理论。

在生命的最后时光里，梵高创作了《星月夜》、《麦田上的乌鸦》等较为著名的画作，在所有这些画作中，都能找到湍流经典数学模型的影子。虽然有些理论家指出梵高在精神极不稳定的情况下才创作出了这些名作，但是无论如何，梵高都是一位具有绘画、数学甚至物理天赋的奇才。

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