De penseelstreken waarmee Van Gogh de lucht in het schilderij De sterrennacht schilderde, tonen dat hij de werking van turbulente luchtstromen verrassend goed begreep. Dat blijkt uit onderzoek waarbij het schilderij is vergeleken met wetenschappelijke theorieën.
De kolkende nachthemel op het schilderij De sterrennacht, dat Vincent van Gogh in 1889 schilderde, is wereldberoemd. Rondom de gele sterren en stralende maan zie je de lucht als het ware bewegen. Wetenschappers vroegen zich af of de illusie van beweging die de schilder creëert overeenkomt met wat fysici weten van de turbulentie in echte luchtstromingen.
Uit het onderzoek blijkt dat Van Gogh met zijn penselen de turbulente luchtstromen bijna net zo heeft weten te vangen als natuurkundige formules dat doen. Deze bevindingen verschenen in het wetenschappelijk vakblad Physics of Fluids.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Turbulente geest
Van Gogh schilderde De sterrennacht in het psychiatrische ziekenhuis in Saint-Rémy-de-Provence. Daar verbleef hij nadat hij, in een periode waarin hij met zware mentale problemen kampte, zijn linkeroor afsneed. De turbulente lucht op het schilderij wordt daarom vaak toegeschreven aan zijn destijds even turbulente geest.
Maar de turbulentie zat niet alleen in zijn hoofd. Turbulente stromingen komen veel voor in de natuur. Je ziet ze niet alleen in de lucht, maar bijvoorbeeld ook in stromend water – zoals kolkende rivieren en oceaanstromingen – en in de rook die uit een schoorsteen komt. De chaotisch ogende stromingen bestaat gewoonlijk uit grotere kolken en wervelingen die vaak onstabiel zijn en opbreken in kleinere wervelingen.
Vloeistofonderzoekers van een Chinese en een Frans universiteit besloten de turbulentie van De sterrennacht onder de loep te nemen. Dit was al eerder gedaan, maar daarbij werd enkel naar een deel van het schilderij – naar de grote kolken – gekeken. In dit nieuwe onderzoek zijn meer details meegenomen.
Natuurkundige theorieën
De onderzoekers analyseerden een digitale versie van het schilderij. Ze bestudeerden de 14 grotere wervelingen in de geschilderde lucht. Om daaruit een idee te krijgen van de turbulente beweging die Van Gogh vast probeerde te leggen, keken ze in detail naar de penseelstreken en het kleurgebruik. De penseelstreken geven een beeld van de kolkende luchtstromen zoals een foto van boomblaadjes die dansen in de wind dat ook zouden doen.
Uit de analyses bleek dat de wervelingen die Van Gogh schilderde zich houden aan een natuurwet die voortkomt uit de Kolmogorov-theorie, uit de vloeistofdynamica. Deze complexe theorie toont de wiskundige relatie tussen de fluctuaties in windsnelheden op kleine en grote schaal, en hoe daarmee de energie uit die stromingen zich verdeelt door de lucht. Dat bewijst dat turbulente luchtwervels op korte tijdschalen niet volledig willekeurig zijn, maar dat je ze kunt voorspellen.
Het schilderij blijkt zich aan deze natuurkundige inzichten te houden. Op het doek is te zien hoe lichtere verf op kleine schaal mengt met de donkerder geschilderde wervelingen op de achtergrond. Dit komt overeen met de zogeheten Batchelor-schaal, die beschrijft hoe kleine deeltjes – zoals waterdruppeltjes – door turbulente stromingen worden verspreid.
Intuïtief begrip
De kans dat Van Gogh op de hoogte was van deze wetenschappelijke inzichten over turbulentie is klein. De gedetailleerde theorieën daarover stammen namelijk uit het begin van de 20e eeuw, enkele decennia nadat Van Gogh overleed. De Kolmogorov-theorie is bijvoorbeeld ontwikkeld door de Russische wiskundige Andrej Nikolajevitsj Kolmogorov in de jaren veertig. Het is waarschijnlijker dat Van Gogh een scherp oog had voor natuurlijke turbulente stromingen in de lucht en in rivieren. Door die te bestuderen kon hij de lucht in De sterrennacht zo realistisch weergeven.
‘Het [schilderij] onthult een diep en intuïtief begrip van natuurlijke fenomenen’, zegt turbulentieonderzoeker Yongxiang Huang, van Universiteit Xiamen in China. ‘Van Goghs precieze weergave van turbulentie kan voortkomen uit het bestuderen van de beweging van wolken en de atmosfeer, of een aangeboren gevoel voor hoe de dynamiek van de lucht kan worden vastgelegd.’
