Alguns dizem que a luz das estrelas e as nuvens rodopiantes na pintura “A Noite Estrelada”, de Vincent van Goghrefletia o estado de espírito tumultuado do artista quando pintou a obra em 1889.

Agora, uma nova análise feita por físicos da China e da França sugere que o artista pode ter tido uma compreensão profunda e intuitiva da estrutura matemática do fluxo turbulento – um termo da física que descreve o movimento caótico dos fluidos.

Um fenômeno natural comum observado em fluidos – água em movimento, correntes oceânicas, fluxo sanguíneo, nuvens de tempestade e nuvens de fumaça – o fluxo turbulento é caótico e imprevisível, à medida que redemoinhos maiores se formam e se dividem em redemoinhos menores.

Pode parecer aleatório para um observador casual, mas a turbulência segue um padrão em cascata que pode ser estudado e pelo menos parcialmente explicado por meio de equações matemáticas.

“Imagine que você está em uma ponte e observando o rio fluir. Você verá redemoinhos na superfície, e esses redemoinhos não são aleatórios. Eles se organizam em padrões específicos, e esses tipos de padrões podem ser previstos por leis físicas”, disse Yongxiang Huang, principal autor do estudo publicado nesta terça-feira (16). na revista científica Physics of Fluids. Huang é pesquisador da Universidade de Xiamen, no sudeste da China.

“A Noite Estrelada” é uma pintura a óleo sobre tela que, como observou o estudo, retrata a vista do céu pouco antes do nascer do sol a partir de uma janela voltada para o leste do quarto do artista em Saint-Rémy-de-Provence, no sul de França, onde Van Gogh foi hospitalizado após mutilar a orelha esquerda.

Usando uma imagem digital da pintura, Huang e seus colegas examinaram a escala de suas 14 principais formas giratórias para entender se elas estavam alinhadas com as teorias físicas que descrevem a transferência de energia de redemoinhos de grande para pequena escala à medida que colidem e interagem entre si. outro. sim.

“A Noite Estrelada” e teorias de turbulência

O movimento atmosférico do céu pintado não pode ser medido diretamente, por isso Huang e os seus colegas mediram com precisão as pinceladas e compararam o tamanho das pinceladas com as escalas matemáticas esperadas das teorias de turbulência. Para avaliar o movimento físico, eles usaram o brilho relativo ou a luminância de diversas cores de tinta.

Eles descobriram que os tamanhos dos 14 redemoinhos ou vórtices em “A Noite Estrelada” e suas distâncias e intensidades relativas seguem uma lei física que rege a dinâmica dos fluidos conhecida como teoria da turbulência de Kolmogorov.

Na década de 1940, o matemático soviético Andrey Kolmogorov descreveu uma relação matemática entre as flutuações na velocidade de um fluxo e a taxa com que sua energia se dissipa.

Huang e a equipe também descobriram que a tinta, na menor escala, se mistura com alguns redemoinhos e giros de fundo de uma forma prevista pela teoria da turbulência, seguindo um padrão estatístico conhecido como escala de Batchelor.

A escala Batchelor representa matematicamente como pequenas partículas, como algas à deriva no oceano ou pedaços de poeira no vento, são passivamente misturadas pelo fluxo turbulento.

“Isso é ótimo. Na verdade, esse é o tipo de estatística que você esperaria de uma proliferação de algas varrida pelas correntes oceânicas ou pela poeira e partículas no ar”, disse James Beattie, pesquisador de pós-doutorado no departamento de ciências astrofísicas de Princeton. Universidade de Nova York, por e-mail, a Beattie não esteve envolvida neste estudo, mas conduziu uma pesquisa semelhante sobre a obra de arte.

“No meu artigo, eu realmente olhei apenas para o grande [redemoinhos da pintura]então não vi esse segundo relacionamento”, disse ele, referindo-se à escala Batchelor.

“Uma coincidência incrível”

É claro, disse Huang, que Van Gogh não teria conhecimento teórico de tais equações, mas provavelmente passou muito tempo observando a turbulência na natureza.

“Acho que essa relação física deve estar arraigada em sua mente, por isso, quando ele fez a famosa pintura ‘A Noite Estrelada’, ela acabou imitando o fluxo real”, disse Huang.

A Beattie concordou: “É uma coincidência incrível que a bela pintura de Van Gogh compartilhe muitas das mesmas estatísticas de turbulência”, disse ele.

“Isso faz algum sentido – os modelos foram construídos para tentar capturar as estatísticas de redemoinhos em múltiplas escalas, cada redemoinho se comunicando com outros redemoinhos através da cascata turbulenta. Num certo sentido, Van Gogh pintou algo que representa este fenómeno, então porque não deveria haver alguma convergência entre os modelos teóricos e as estatísticas dos redemoinhos de Van Gogh?”

A equipe de estudo fez a mesma análise e detectou o mesmo fenômeno em outras duas imagens, uma delas uma pintura, “Chain Pier, Brighton”, criada pelo artista britânico John Constable em 1827, e uma fotografia da Grande Mancha Vermelha de Júpiter, tirada pela sonda espacial Voyager 1 da NASA em 5 de março de 1979.

“Ao contrário de ‘A Noite Estrelada’, esta pintura [“Chain Pier, Brighton”] não possui padrões de redemoinho bem definidos, mas as nuvens são ricas em estruturas com diferentes escalas, reminiscentes daquelas frequentemente vistas no céu”, observou o estudo sobre o trabalho de Constable.

Em exibição no Museu de Arte Moderna de Nova York, “The Starry Night” é uma obra de arte extremamente popular que foi recriada em peças de Lego, drones e dominós.

Huang disse que os cientistas há muito lutam para descrever o fluxo turbulento na dinâmica dos fluidos de uma forma que lhes permita prever o fenômeno e que uma explicação completa permanece um mistério predominante na física. Uma compreensão completa ajudaria na previsão do tempo, na turbulência dos voos e em muitos outros processos, disse ele.

“Mesmo depois de mais de 100 anos de estudo, nem sabemos como definir este fenômeno complexo”, disse Huang. “É extremamente importante, mas é extremamente difícil.”

O fato de “A Noite Estrelada” corresponder aos modelos estatísticos de turbulência, mesmo que a obra de arte não se mova, pode sugerir que os métodos e ferramentas estatísticas são menos precisos do que os cientistas podem ter pensado, disse Beattie.

A tinta não pode ser medida com precisão porque “na verdade não é turbulência… Não tem energia cinética”, disse ele.

No entanto, Beattie disse que era um grande fã da obra de arte e que ela refletia a universalidade e a beleza da turbulência.

“Adoro profundamente o facto de poder pegar na minha compreensão da turbulência no plasma entre galáxias e aplicá-la à turbulência entre estrelas, entre a Terra e o Sol, ou nos nossos próprios lagos, oceanos e atmosfera”, disse ele.

“O que eu retiro de estudos como esse é que [van Gogh] capturou um pouco dessa universalidade na bela imagem”, acrescentou Beattie. “E acho que as pessoas sabem disso. Eles sabem que algo maravilhoso foi incorporado nesta pintura e somos atraídos por isso.”

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