La ciencia oculta que se arremolina en “La noche estrellada” de van Gogh

Hace dos décadas, un par de físicos se encontraban en un museo en Madrid contemplando la obra del pintor post-impresionista Vincent van Gogh.

Una palabra seguía apareciendo para describir el trabajo y la vida del artista: turbulento.

Uno de los físicos le preguntó al otro: ¿Se puede cuantificar la turbulencia en las pinturas de Van Gogh?

Nació una nueva controversia en la física.

La turbulencia está en todas partes.

Se encuentra en los remolinos de la atmósfera que hacen que un vuelo sea turbulento, en los giros que agitan el océano, en el caos de las nubes de gas que ayudan a dar lugar a nuevas estrellas. Pero describir la turbulencia a un nivel matemático es uno de los problemas más difíciles en la ciencia.

La turbulencia conecta el movimiento de los fluidos a diferentes escalas de un sistema, transfiriendo energía de remolinos a gran escala a otros más pequeños, como lo describió en 1922 el matemático y físico inglés Lewis Fry Richardson en un verso: “Los grandes remolinos tienen pequeños remolinos que se alimentan de su velocidad, y los pequeños remolinos tienen remolinos aún menores y así hasta la viscosidad”.

En términos estadísticos, esto se ve un poco diferente.

En 1941, Andrey N. Kolmogórov, un matemático soviético, desarrolló una teoría estadística de la turbulencia.

La “ley de escalado” de Kolmogórov describe cómo se distribuye la energía en las diferentes escalas de un flujo turbulento. Para medirla en una pintura estática, los investigadores tuvieron que idear un método para medir su flujo, un problema que los retrasó durante un año. Después de admirar la turbulencia emocional en las pinturas del museo, el físico José Luis Aragón de la Universidad Nacional Autónoma de México y su colega Manuel Torres del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en España comenzaron a buscar matemáticamente la turbulencia en algunas de las pinturas de Van Gogh examinando las diferencias en la luminancia, o brillo, de los píxeles separados por una distancia dada.

Descubrieron que “La noche estrellada” era turbulenta, y no solo en términos artísticos.

Una década después, el astrofísico James Beattie analizó las variaciones en la luminancia de una sección de la parte central de la pintura. Dividió el cuadrado en tres canales de color para su análisis. Encontró que los remolinos y vórtices de Van Gogh seguían las fluctuaciones estadísticas encontradas en un tipo diferente de turbulencia que da origen a la noche estrellada real: la turbulencia supersónica.

Beattie, astrofísico de la Universidad de Princeton y del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica, utiliza supercomputadoras para simular la turbulencia supersónica y también está cautivado por el espectáculo visual de la turbulencia en la naturaleza. Recientemente, reemplazó el cielo de la pintura de Van Gogh con una simulación de turbulencia supersónica.

Sin embargo, la pregunta de si Van Gogh representa la turbulencia con precisión a un nivel matemático no se resolvió. Apareció otro artículo que refutó el estudio original y acusó a quienes sugerían que la turbulencia estaba incrustada en la obra de perpetuar un mito.

Ahora, un nuevo estudio en la revista Physics of Fluids intenta zanjar el asunto.

El físico Yongxiang Huang de la Universidad de Xiamen asignó el problema a su estudiante de posgrado, Yinxiang Ma, quien comenzó convirtiendo la pintura a escala de grises.

Luego, eliminaron el pueblo, la iglesia, las montañas, todo lo que no fluía. Eso dejó los 14 remolinos de la icónica pintura. Comenzaron a analizar manualmente cada giro, midiendo varios cientos de pinceladas individuales, cuantificando el brillo junto con el ancho y la longitud de cada trazo.

Beattie señala que en una pintura estática es imposible estudiar la velocidad o energía de un fluido o gas como los científicos lo harían típicamente. “En cambio, pensamos en la pintura misma como un rastro de la estructura subyacente de la turbulencia”, dijo.

En el nuevo estudio, los investigadores encontraron turbulencia clásica en la pintura: los tamaños de los remolinos y su distancia e intensidad relativa seguían la ley física descubierta por Kolmogórov al analizar todos los vórtices iluminando el cielo nocturno, incluida la luna.

También encontraron dentro de la variación de las pinceladas un patrón conocido como escalado de Batchelor, llamado así por el matemático australiano George Batchelor. En 1959, Batchelor identificó una ley universal que describe cómo un “escalar pasivo” -que podría ser un chorrito de crema en el café, confeti lanzado al viento turbulento o medusas en corrientes oceánicas- es transportado por un flujo turbulento.

Lo inusual, según Huang, es ver ambos tipos de escalado al mismo tiempo.

“Durante muchos años, los científicos han intentado validar esta teoría a través de experimentos de laboratorio y simulaciones numéricas de alta resolución utilizando supercomputadoras”, dijo Huang. “Por lo tanto, es bastante sorprendente observar ambos escalados en esta obra maestra de Van Gogh”.

Huang atribuye a Van Gogh no el entender las matemáticas de la turbulencia, sino ser un observador minucioso de los flujos turbulentos.

“Para un teórico de la turbulencia, nos enorgullece la universalidad de la turbulencia: está aquí, está allá, está en todas partes… Lo que me llevo de estudios como este es que Van Gogh capturó algo de esta universalidad en la hermosa Noche estrellada. Y creo que la gente lo sabe”, dijo Beattie en un correo electrónico. “Saben que algo maravilloso ha sido incrustado en esta pintura y somos atraídos hacia ello, tanto los físicos como los profanos. Los remolinos y giros: son familiares para nosotros”.

Fuente: The Washington Post