Phóng to bức tranh Đêm đầy sao của Van Gogh, các nhà khoa học phát hiện 1 sự trùng hợp vừa đẹp đẽ vừa rùng mình

Những ngôi sao lấp lánh và những đám mây cuộn xoáy trong bức tranh Đêm đầy sao của Vincent van Gogh từ lâu đã được cho là phản ánh tâm trạng hỗn loạn của người nghệ sĩ khi ông vẽ tác phẩm này vào năm 1889.

Năm 2024, một phân tích từ các nhà vật lý tại Trung Quốc và Pháp cho thấy người nghệ sĩ đại tài dường như đã có một sự hiểu biết sâu sắc và trực giác về cấu trúc toán học của dòng chảy rối.

Là một hiện tượng tự nhiên phổ biến được quan sát trong các chất lưu - như nước chuyển động, dòng hải lưu, dòng chảy trong máu, những đám mây bão cuộn trào và các cột khói - dòng chảy rối có tính chất hỗn loạn, khi các vòng xoáy lớn hình thành rồi vỡ ra thành những vòng xoáy nhỏ hơn.

Với người quan sát bình thường, hiện tượng này có vẻ ngẫu nhiên, nhưng sự rối loạn vẫn tuân theo một quy luật tầng bậc. Quy luật này có thể được nghiên cứu và giải thích một phần bằng các phương trình toán học.

"Hãy tưởng tượng bạn đang đứng trên một cây cầu và nhìn dòng sông chảy. Bạn sẽ thấy các xoáy nước trên bề mặt, và những vòng xoáy này không hề ngẫu nhiên. Chúng tự sắp xếp theo những mô hình cụ thể, và những loại mô hình này có thể được dự đoán bởi các định luật vật lý," Yongxiang Huang, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Physics of Fluids cho biết. Huang là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Khoa học môi trường biển và Trường Đại học Hải dương và Khoa học Trái đất thuộc Đại học Hạ Môn ở đông nam Trung Quốc.

“Đêm đầy sao” (Starry Night) là một bức tranh sơn dầu trên vải, theo nghiên cứu, khắc họa quang cảnh ngay trước bình minh nhìn từ cửa sổ hướng đông trong phòng bệnh của họa sĩ tại trại tâm thần Saint-Rémy-de-Provence ở miền nam nước Pháp. Van Gogh đã tự nguyện vào điều trị tại đây sau khi tự làm đứt tai trái của mình.

Sử dụng hình ảnh kỹ thuật số của bức tranh, Huang và các cộng sự đã kiểm tra quy mô của 14 hình xoáy chính để hiểu liệu chúng có khớp với các lý thuyết vật lý mô tả sự truyền năng lượng từ các xoáy quy mô lớn sang quy mô nhỏ khi chúng va chạm và tương tác với nhau hay không.

Đêm đầy sao và các lý thuyết về sự rối loạn

Chuyển động của khí quyển trong bầu trời của bức tranh không thể đo đạc trực tiếp, vì vậy Huang và các đồng nghiệp đã đo lường chính xác các nét cọ và so sánh kích thước của chúng với các thang đo toán học dự kiến từ các lý thuyết về sự rối loạn. Để đánh giá chuyển động vật lý, họ đã sử dụng độ sáng tương đối của các màu sơn khác nhau.

Họ phát hiện ra rằng kích thước của 14 vòng xoáy trong Đêm đầy sao, cùng với khoảng cách và cường độ tương đối của chúng, tuân theo một định luật vật lý quản lý động lực học chất lưu được gọi là lý thuyết về sự rối loạn của Kolmogorov.

Vào những năm 1940, nhà toán học Liên Xô Andrey Kolmogorov đã mô tả mối quan hệ toán học giữa các biến động trong tốc độ của một dòng chảy và tốc độ tiêu tán năng lượng của nó.

Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy rằng lớp sơn, ở quy mô nhỏ nhất, hòa quyện với một số xoáy nền theo cách được dự đoán bởi lý thuyết về sự rối loạn, tuân theo một mô hình thống kê được gọi là quy luật Batchelor. Quy luật Batchelor đại diện về mặt toán học cho cách các hạt nhỏ, chẳng hạn như tảo trôi trong đại dương hoặc bụi trong gió, bị trộn lẫn một cách thụ động bởi dòng chảy rối.

"Điều này thật tuyệt. Đây thực sự là kiểu thống kê mà bạn mong đợi từ sự bùng phát của tảo bị cuốn theo dòng hải lưu, hoặc bụi và các hạt nhỏ trong không khí," James Beattie, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại khoa khoa học vật lý thiên văn thuộc Đại học Princeton ở New Jersey, chia sẻ qua email. Beattie không tham gia vào nghiên cứu này nhưng đã thực hiện các nghiên cứu tương tự về tác phẩm nghệ thuật.

"Trong bài báo của mình, tôi chỉ thực sự nhìn vào những vòng xoáy lớn, vì vậy tôi đã không thấy mối quan hệ thứ hai này," ông nói, đề cập đến quy luật Batchelor.

Một sự trùng hợp kinh ngạc

Tất nhiên, Huang nói, Van Gogh sẽ không biết về những phương trình như vậy nhưng có khả năng ông đã dành rất nhiều thời gian để quan sát sự rối loạn trong tự nhiên.

"Tôi nghĩ rằng mối quan hệ vật lý này hẳn đã được khắc sâu trong tâm trí ông ấy, đó là lý do tại sao khi ông thực hiện bức tranh nổi tiếng Đêm đầy sao, nó mô phỏng lại dòng chảy thực tế," Huang nói.

Beattie đồng ý: "Thật là một sự trùng hợp kinh ngạc khi bức tranh tuyệt đẹp của Van Gogh chia sẻ nhiều thông số thống kê tương tự như sự rối loạn," ông nói.

"Điều này khá hợp lý - các mô hình đã được xây dựng để cố gắng nắm bắt các số liệu thống kê về các xoáy trên nhiều quy mô, mỗi xoáy giao tiếp với các xoáy khác thông qua thác năng lượng rối. Theo một nghĩa nào đó, Van Gogh đã vẽ thứ gì đó đại diện cho hiện tượng này, vậy tại sao không thể có sự hội tụ giữa các mô hình lý thuyết và các số liệu thống kê về các vòng xoáy của Van Gogh?"

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích tương tự và phát hiện ra hiện tượng tương tự trong hai hình ảnh khác, một là bức tranh Chain Pier, Brighton, được nghệ sĩ người Anh John Constable vẽ vào năm 1826-1827, và hình ảnh kia là Vết Đỏ Lớn trên sao Mộc, được tàu vũ trụ Voyager 1 của NASA chụp vào ngày 5 tháng 3 năm 1979.

"Không giống như Đêm đầy sao, bức tranh này thiếu các mô hình xoáy rõ nét, nhưng những đám mây chứa đầy các cấu trúc với quy mô khác nhau, giống như những gì thường thấy trên bầu trời," nghiên cứu ghi chú về tác phẩm của Constable.

Đang được trưng bày tại Bảo tàng Nghệ thuật Hiện đại ở New York, Đêm đầy sao là một tác phẩm nghệ thuật vô cùng nổi tiếng đã được tái tạo bằng gạch Lego, máy bay không người lái và quân domino.

Huang cho biết các nhà khoa học từ lâu đã phải vật lộn để mô tả dòng chảy rối trong động lực học chất lưu theo cách cho phép họ dự đoán hiện tượng này, và một lời giải thích đầy đủ vẫn là một bí ẩn phổ biến của vật lý. Ông cho biết, một sự hiểu biết thấu đáo sẽ giúp ích cho việc dự báo thời tiết, sự nhiễu loạn trong các chuyến bay và nhiều quy trình khác.

"Ngay cả sau hơn 100 năm nghiên cứu, chúng ta thậm chí không biết cách định nghĩa hiện tượng phức tạp này," Huang nói. "Nó cực kỳ quan trọng, nhưng lại cực kỳ khó khăn."

Việc Đêm đầy sao khớp với các mô hình thống kê về sự rối loạn mặc dù tác phẩm nghệ thuật không thực sự chuyển động có thể gợi ý rằng các phương pháp và công cụ thống kê ít chính xác hơn so với những gì các nhà khoa học có thể đã nghĩ, Beattie nói.

Bức tranh không thể được đo lường chính xác vì nó "thực sự không phải là sự rối loạn... Nó không có động năng," ông nói.

Tuy nhiên, Beattie cho biết ông là một người hâm mộ lớn của tác phẩm nghệ thuật này và nó phản ánh tính phổ quát cũng như vẻ đẹp của sự rối loạn.

"Tôi vô cùng yêu thích việc mình có thể lấy sự hiểu biết của bản thân về sự rối loạn trong plasma giữa các thiên hà và áp dụng nó vào sự rối loạn giữa các vì sao, giữa Trái đất và Mặt trời hoặc trong các hồ, đại dương và bầu khí quyển của chúng ta," ông nói.

"Điều tôi rút ra từ những nghiên cứu như thế này là (Van Gogh) đã nắm bắt được một phần tính phổ quát này trong bức Đêm đầy sao tuyệt đẹp," Beattie nói thêm. "Và tôi nghĩ mọi người biết điều này. Họ biết rằng một điều gì đó tuyệt vời đã được gửi gắm trong bức tranh này và chúng ta bị thu hút bởi nó."

Nguồn: CNN