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-------------?----------- 梵高的《星空》中令人难忘的光影“湍流”竟和高深的物理理论相契合?来看同济大学数学系教授梁进解读名画里的科学元素,让你换一个视角来欣赏这些熟悉的名画。
学过流体力学和动力系统的朋友会感到,这个图几乎包括了湍流、旋涡和动力系统的各种收敛或发散的极限状态。在似乎安宁的夜空中,空气是在流动的,敏感的梵高感受到了这一切。湍流问题曾被称为“经典物理学最后的疑团”,是个极为复杂的问题。 据说1932年诺贝尔物理学奖得主海森堡临终时曾说过,他将带着两个问题去见上帝,一个是相对论,另一个是湍流。他还估计,上帝对前一个问题会有答案,至于后一个,上帝也未必有解。几个世纪以来,对于湍流,因为它涉及从微观到宏观许多时空尺度上的运动,并进行着内外各种能量交换,理论物理学家们却伤透了脑筋,工程专家们更是如履薄冰。至今人们仅仅知道湍流是各种尺度上的一堆无序、不稳定并高度耗费能量、可以形成阻力的流体,一般都会带来灾难。我们知道在梵高的时代,数学界对流体力学的研究已经取得了令人瞩目的成就,从牛顿第二定律出发的被称为流体力学经典的纳维 - 斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)已经建立。当时除了对水流有了一系列的研究成果外,空气动力学的研究也取得了很大成就,为人们的飞行打下了理论基础。后来,科学家一直试图用数学模型来精确刻画湍流现象,纳维 - 斯托克斯方程的研究一直是流体力学的热点,至今尚未完全解决。在梵高去世后接近半个世纪,前苏联数学家柯尔莫哥洛夫提出了一个描述流体间任意两点间速率差的数学公式。这种关联如今被称为“柯尔莫哥洛夫微尺度”,成为了现代湍流理论的基础。令人惊奇的是,人们对《星空》研究后发现,画中看似抽象的光影“湍流”,竟符合这个非常高深的物理理论。
如果忽略掉细小的差异,这幅画的屋里 ( 红、黄、黑、白)和屋外(绿、蓝、粉、白)的各自四色表现了四色猜想。四色猜想是数学中的著名的三大猜想之一。另两大猜想分别是费马猜想和哥德巴赫猜想,它们都是题简难证。四色猜想是 1852 年一位英国的测绘员提出的。他发现在绘制地图时,要使相邻两个区域着不同色,四种颜色就够了。这个貌似简单的拓扑图论问题一个多世纪来让许多一流数学家耗尽脑力,铩羽而归。直到 1976 年由美国数学家通过计算机得到证明,才让四色猜想变成四色定理。这也是第一次计算机进入了数学证明的领域,数学研究方法上由此开辟了机器证明的新领域。
高更 《我们从哪里来?我们是谁? 我们到哪里去?》 这是一幅充满哲理性的大型油画。平面的浪漫手法使之富有东方的装饰性,而色彩基本属于同色系,并不像他的其他作品那么跳跃,但人体的色调仍然强烈突出,显示了主题所在。画面像是数学的数轴,按时间展开。最右边刻画了诞生,像是数轴的原点。在画面的黄金分割处,一个成年人顶天立地,象征着人的黄金时代,而最左端的老者,暗示着人生的终点。在空间方向,远处有山有海,显示了人生在生活上、在大自然中的宽度。背景上,高更画了一个看似印度神的神像,使得画面流淌着一种神秘的气息,也隐喻人生在精神上所企求的高度。
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