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开始今天的节目，今天要聊的叫湍流。如果从大的方面来说，湍流应该算是混hun沌学的一个分支，上期节目中，我一直读做混沌了，其实是不对的，特此更正一下，混沌，第四声。由于湍流这个问题很重要，很有意思，在湍流的探索过程也有很多具有启发意义的故事，所以，公司文案组决定单独整这么一期。正如题目中说的这样，湍流，堪称是经典物理学最后的未解难题，这句话可不是一般人说的，这是著名科学家【理查德·费曼】对湍流的评价。 一看今天的题目，自带流量，有两个格外吸引人的地方，一个是经典物理学，一个是未解难题。按照这句话的意思，就是除了湍流以外，其它所有的经典物理学都已经解决了，湍流成了最后一个未能攻克的堡垒。 咱们先说说啥叫经典物理学。可以简单粗暴的理解，除了相对论和量子力学以外，你听过的所有与物理学有关的内容都是经典物理学。也可以这样理解，咱们上学的时候学的，平时能看的懂，听的懂的物理学都是经典物理学的内容。无论是电流=电压/电阻，还是速度=路程/时间，还是炮弹落点的计算，还有凹透镜，凸透镜，弹簧，钟摆，声波，比热，这些都是经典物理学。 经典物理学具体是从啥时候开始的，已经无法准确的考证了，通常是以古希腊时代做为开端，比如有可以翘起地球的杠杆原理，有因为一句尤利卡而走红的浮力原理，此后的1000多年经典物理学比较消沉，直到经过了黑暗的中纪世后，到了17世纪伽利略和牛顿的时代，经典物理学才被看做是正式确立，再到，18世纪，经典物理学的各个基础部门不断拓展，全面壮大，然后到19世纪，力、热、声、光、电各个分支流派逐步成型壮大，并日臻完善，最终达到了辉煌的顶峰，到了19世纪末，已建成了一个经典物理学的宏伟完整理论体系， 无论从哪个角度来看，可以说是相当完美、相当成熟，相当的wonderful了，曾经那些，困扰人类的谜题，一切物理现象似乎都能够从相应的理论当中得到满意的回答。人类感觉良好，以为真的可以完美的掌控大自然了。 比如说，一切力学现象都能从经典力学得到解释，有问题找牛顿。 对于电磁现象的分析，有大神麦克斯韦，他把电与磁场统一起来；至于热现象，也已经有了热力学和统计力学的理论，无论是物质热运动的宏观规律，还是分子热运动的微观统计规律，也都能做出合理的说明，声学更是不太话下，在这种形势下，物理学家们自然是十分的陶醉，沉迷其中，感到物理学已大功告成，甚至断言往后的物理学，很难再有作为，时常会有才思枯竭的诗人感叹，好的诗句都已经被唐朝人写尽了，而此时代的科学家们觉得自己正如这些盛唐时代的文人骚客一样。那是相当风骚了。 所以，物理学家【基尔霍夫】在这段经典物理学的黄金时代说过这样的话，他说：'物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。” 而更有名的一段言论，则是开尔文男爵在19世纪末的最后一天，在英国皇家科学院年会上信心满满的发言，他说物理学的大厦已经建成,剩下的工作只是一些局部的修修补补工作。 当然，通常引用这个桥段的时候，是为了引出，相对论和量子力学，这两朵乌云的故事。但这不是今天我们要说的重点，而且我觉得咱也不必过分揶揄开尔文短见，这倒不是因为咱们这些凡人水平不够，也不是因为他老人家江湖地位高，自带光环，不能对权威表现不敬，而是，他老人家在沾沾自喜的同时，也隐约地感觉到了有这两朵乌云的存在，这足以看出他的预见性，虽然他已经是74岁的高龄，满口的牙只剩下一个了，但是老头当时精神还是不错的,仍然敏锐的觉察到了在这一派祥和、歌舞升平的物理世界之下，则是暗流涌动，两朵乌云正酝酿着一场狂风暴雨。 另外，开尔文这段世纪发言确实有它的道理，在此后的100多年的时间里，就经典物理学而言，比之曾经的牛顿的三大力学定律，开普勒的三大天体运行定律,热力学上的三大定律，还有一堆欧姆定理，楞次定理，库仑定理，焦耳定理等等这些高光的时刻，的确此后的物理学鲜有革命性的进展，倒是相对论与量子力学领域动辄就是搞个大新闻，可以说，开尔文这边话音未落，经典物理学将要便将要终结，马上开启的是原子时代。 而更尴尬的是，经典物理学与相对论量子力学的交接并不顺利，虽然已经进入到了原子时代，但是湍流，这个经典物理学的钉子户还是不愿意搬走，在新世纪，甚至是在新的千年，他仍然困扰着，折磨着无数的科学家。所以在40多年前,海森堡临走的时候曾说过，当我见到上帝之后，我一定要问他两个问题，一个是关于相对论的，另一个就是关于湍流的( turbulence ) ，而海森堡确信，就连上帝也只能回答第一个问题，也就是相对论的事，潜台词就是湍流似乎比相对论还要复杂和难以捉摸。不知道，在另外那个平行宇宙里，海森堡是否有了满意的答案，抑或上帝真的也不会。 什么是湍流 好了，铺垫完了大背景，做足了前戏，开始办正事了，到底什么是湍流呢。 我们通常会觉得湍流就是水 流的快呗，有个词儿，叫水流湍急，蜀道难里有这么一句话，飞湍瀑流争喧豗hui，砯pīng崖转石万壑雷,虽然不知道啥意思，但是感觉是挺好的诗句，湍，这个字的本意，就是水流急速，碰到了岸边石块就出现打转转的水涡，自行脑补这个画面，很形象，而这个看似偏向于文学上的解释，还真就饱含着物理学上的气质，湍流的特点概括来说,正是这两方面,一是水的流速快，二是形成漩涡。 要想说明白湍流,就得先说说与湍流对应的，叫层流, 层流层流，就是分层的流动，流体在流速很小的时候，他并不是一个整体共同向前的，而是，层与层之间互不混合，一层一层的流。当流速逐渐增加，流体开始出现波浪状的摆动，摆动的频率和振幅随流速的增加而增加，这个时候，叫过渡流，当流速继续增加的时候，流线就看不清了，开始出现漩涡，层流就被破坏了，相邻的流层之间不但有滑动，还有混合。这就叫湍流了，也叫乱流、扰流或紊流。说的都是一个意思。 在物理学中，湍流要研究的范围不仅局限于水流，所以人家叫流体力学,这即包括液体,也包括气体,比如说，喝牛奶时再加点咖啡混一起， 燃烧产生的火焰，天上的云卷云舒，人生最后时刻，变成了从大烟囱里冒出来的缕缕青烟，这都是湍流要研究的内容。可以说，湍流无处不在，他要研究的就是一种，时间上无序但统计上又存在一定规律的运动，所谓无序，无论是在紊乱的空气里,还是在流动的河流里，流体中任何一点运动的速度和方向，都在不停地、无规则地变化着，你是无法预测的，而所谓又有一定的规律，就是流体会沿着固定的大方向在运动，有个成语叫万折必东，这个壁咚，不是说把女孩按墙上那个壁咚，必是必须的必，东是东西南北的东，说河流不管怎么流，最后都得向东流入大海，比喻事物的发展不管怎么曲折，总要按着一定的规律进行着，还有句歌词叫滚滚长江东逝水，因为咱们国家的整体的地势就是西高东低，所以，结果自然就是大河向东流，你看，这都是知识点。 雷诺 通过以上的介绍，我们对于湍流，这个上世纪经典物理给咱们留下的世纪大礼，有了一个整体上感性的认识，下面，我们回顾一下对于湍流研究的历史进程。 流隶属于流体力学的范畴，人类于对流体力学的关注很早就开始了，要说最早有多早，那可老早了，就看你怎么定义呗，如果是算上神话传说的话，那咱们的大禹治水，圣经中，出埃及记，摩西劈开红海这都可以看做是对于流体力学技术的实际应用，当然了，我就是随便一说，你就随便一听，无论如何，不管是哪门学科，最开始都是人类同大自然作斗争，以及在生产实践中逐步形成并发展起来的。流体力学也不例外，正经地说，最早可以追溯到人类对鸟类飞行的向往，以及在战斗中，发射出的弹丸，弓箭在飞行时受力因素的种种研究，当然，这段时期更多的只是集中在感情的认知与理解上，真正从物理学以及数学上加以规范研究的，还得说古希腊的大神阿基米德。他的浴缸奠定了流体静力学的基础，此后1000多年，流体力学没啥太大的发展。直到下一位大神，是15世纪的达·芬奇，研究了水波、管道中的水流，还设计了各种水力机械，研究了鸟的飞翔原理等等问题。当然了，一方面达·芬奇涉猎的范围太广泛了，另一方面，他的众多研究都是更偏重了实际应用。所以，直到17世纪末，才由荷兰物理学家惠更斯，首先估算出了物体在空气中运动的阻力，此后，经过牛顿和欧拉的努力之下得出了描述无粘性流体运动的微分方程。而真正的，首次在实验中观察到由层流到湍流的转变，那要等到1839年，距离今天还不到二百年，在些对于湍流的研究当中，有两个标志性的事件，一个是N-S方程的提出，一个是雷诺数的定义，听了这期节目，你能记住这两个词儿，我这关于湍流10多万字德语文献就算没白看。 先说雷诺数，这和法国汽车品牌雷诺不一样，这个雷诺是来自英国的科学家【奥斯鲍恩·雷诺】。他通过反复的实验，得出了从层流过渡到湍流的条件，同样的流体，水和水银和胶水产生湍流的条件就不一样，而同样是水，在不同管径的水管子中，有时是层流，有时就是湍流，背后到底有啥规律呢。 太专业性太强的东西，咱就不说了。唠点大家能听懂的。我们可以笨理想一下，对于流体的研究确实是挺难的，很难找到一个切入点，【赫拉克利特】曾经说过，人不能两次踏进同一条河流，因为河水在不停的流动，你想找到河水流动的规律简直是无从下手，我们只能凭感官体会到，时而是小溪潺潺，静水深流，时而，波涛汹涌，浊浪排空。那得怎么研究水流的规律呢。物理学家们把流体看是由一个一个质点组成的连续的物体，那么研究的就是这些质点的运动轨迹，你可以在自己的脑中幻想一个坐标系，初始空间坐标分别是x、y、z，这是一个立体，三个维度的情形，再加上一个时间t，随着时间的变化，如果这个质点的运动就是有某种规律的光滑曲线，比如，最简单的情形就是一条直线，随着时间的变化，他只在一个维度上运动，这种流动就叫层流，而没有这种简单性质的流动就叫湍流。在湍流的情况下，对于单一的质点运动是无法精准的预测，只能从统计意义上得到它们的平均数值。当年雷诺具体是怎么做的呢，首先，他将染料注入到水流缓缓流动的管道中，发现染色形成的线大致以直线的形式通过管道，然后，他让水流加速，结果染料就以复杂的方式旋转，很快就相互融合在一起，水流变成了湍流。这个实验看起来并不复杂，却给雷诺带来了很多想法，水流何时是层流，何时是湍流呢，与哪些因素有关呢。虽然咱不是科学家，但是也可以分析一下，感觉水流的这种变化与水的温度没啥关系，10度的水和80度的水好像没啥区别，和染料的颜色好像也没啥关系，不管是红的绿的应该都差不多，那和水管子的材质有没有关呢，这个不好说，但是可以做实验，玻璃的，塑料的，不同金属的都可以试试，再比如水管的粗细，流体的密度，总之，但凡是你能想到的影响因素，都可以纳入研究的范畴，并且一一尝试。最后把显著影响实验结果的因素提取出来，这就完成了第一步。接下来怎么办呢，构建一个公式，把这些影响因素放在其中，这个操作很简单，你就画一个横线，上边就是分子，下边就是分母，根据提取出的这些影响因素与结果的正负相关性，分成分子和分母这大类，这个好算，就相当于一个定性的研究。比如说湍流形成这个事，当流体速度快的时候就更容易形成湍流，管道的直径越大，越容易形成湍流，流速和管径这两就是一伙的。这是第二步。此时，我们已经可以凑成一个公式了，把各种干扰因素与结果也联系在了一起，但是，这并不算完。虽然，这个公式可以反映出变化的相关性，可并不严谨。比如，球体的表面积，球体的体积同样都与球的半径正相关，但是，写出来的公式，一个是半径的平方，一个是半径的立方。那如何判断要不要把某个影响因子加上平方，立方，甚至是N次方呢，这里有一个看似作弊的方法了，看一下通过构造出的这个公式计算出来得出的单位就能略知一二了。比如，有一天，物理考试，你隐约记得浮力的计算公式，好像是ρ液gV排，或者是ρ液g再乘以V排的平方，也就是液体的密度乘以重力加速度，至于是再乘以排出的液体体积，还是这个体积的平方，不就太确认对不对，没事，可以通过单位来判断，如果是ρ液gV排，这几个单位一约分，得出浮力的单位是米·千克/秒^2，此时，你更加犹豫了，这个单位看起来怪怪的呢，大家都知道力的单位是牛顿，不管是浮力还是压力，米·千克/秒^2是否就是牛顿呢，可以验证一下，此时，你还记得，有这么一个公式，叫F=ma，m是质量，a是加速度，这两个数一乘，得出的单位也是米·千克/秒^2，妥了，这就是牛顿，这个力的单位另一种表达，所以，这就从一个侧面证明了，你隐约记得的那个浮力公式，不带平方的是对的。 别以为，这只是我们投机取巧的小伎俩，实际上，刚刚说的这个过程，这在物理研究中有着极其重要的应用，专业的说法叫量纲分析。 当时，雷诺也是用了这种思想，它找到从层流转变为湍流几个重要的影响因素，分别是流体的速度，流体的密度，流体的粘性系数，还有管道的直径，而更巧的是，速度的单位是m/s，密度是kg/m^3，直径单位是 m，流体的粘性系数单位是pō，水泊梁山的泊，相当于帕斯卡乘以秒，把这几个数放在一个分式里边，上下一比较，单位都约没了，最后得到的这个数是没有单位的数，专业的说法叫无量纲数。这就相当神奇了，冥冥中似乎有着一种莫名的力量在主导着这个公式，否则，哪能这么凑巧，把这些数凑在一起，单位就能互相抵消掉了，这个公式一定不简单。这就像是圆周与直径比例，就得到了派，这也是无量纲数，但，这是一眼就能看出来的两个相同单位的比较，而雷诺数涉及到的是四个因素。此事必有蹊跷。这也正是雷诺的伟大过人之处。
从雷诺数的计算公式中，不难看出，对于某种流体来说，他的密度和黏性系数是相对固定的，管道的直径也是固定值，所以，决定形成湍流的最重要，最常见的因素就是流速了。雷诺给出的结论是，雷诺数越大，湍流就越容易出现，流速太小，就浪不起来了。 并且，他还给出了具体的数值，通常当雷诺数小于2300时，表现为层流，雷诺数处于2300～4000就是过渡状态，雷诺数大于4000时就是湍流。一旦有小扰动,扰动会增长，此时，如果不用统计和概率论的方法就难以描述这种流动了。当然，具体到不同的专业，各种亚学科，比如大气科学中动力气象学，航空科技中飞行原理，水利学中河流动力学，海岸动学对于雷诺数的定义又都有着各自的特点。但是所表达的意义，在本质上是相同的，我在网上查到的一些数据，比如普通航空飞机在正常飞行中，他的雷诺数高达5 00万，海鸥飞行时，雷诺数达10万，速度非常快，这都是处于湍流的状态，大脑中的血液流雷诺数是100，精子的雷诺数是0.0001，也不知道科学家是怎么测量出来的。 N-S方程： 介绍完了雷诺数，再介绍关于湍流的另一个重要内容，N-S方程。这是由法国人【纳维】和英国人【斯托克斯】提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，也可以说是湍流研究中最为重要的方程了，为了纪念这二位，就叫纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。
虽然人们已经可以很好的计算出雷诺数，而且根据丰富的经验，可以将雷诺数推广到实际的工作生产当中，对于工程师来说，知道这些数值已经可以很好解决部分实际问题了，但是，对于数学家物理学们来说，他们并不满足，他们想知道，层流向湍流转变的物理过程到底发生了什么，这背后到底有着怎么样的物理机制呢。 层流向湍流的这种转变有一个专业的说法，转捩[zhuǎn liè]，转是旋转的转，捩，就是转捩的捩，这个字挺难写，有个不太常见的成语叫捩手覆羹，我估计这四个字你也就会写一个【手】字，意思就是把手一转动就把汤汁给打翻了，用来比喻动辄就闯祸。转捩，就是转化，转变，平静的水流hold不住了，这是所有研究湍流科学家都感兴趣，也必需要面对，也是无法完美回答的问题，包括号称世界上最后一个全能的物理学家朗道对此也是十分的着迷又十分的无奈。转捩的过程可以这样理解，起初在层流的时候，一条小河分层流动，层与层之间相安无事。上层是流速快，下层流速慢，通过粘性作用，上层会带动下层流动。发生湍流的时候，由于粘性作用的存在，就相当于两种流体的交界面像两个锯齿一样，凹凸对合在一起，由于流速的不一样，两个层面之间，就开始相互影响，干扰对方，上下两层的流体发生交换，宏观上的表现就是流体发生了混合，这就是湍流了。 现在无论是造飞机，还是造潜艇，还是工程上的建筑，都离不开对于NS方程的应用。可以说，NS方程产生后的一个多世纪以来，我们一直应用它来计算和解决许多的实际问题，但是，对于这个方程本身却依然是一个未解之谜。 为什么会产生这样困境。 问题就是NS方程是高度非线性，也就是上期节目中提到的混沌，而湍流问题很可能比蝴蝶效应还要复杂。上期说到的，庞加莱的三体问题已经把无数的物理学家和数学家折磨的死去活来，而湍流已经不知道要研究多少体了，维度也不只是局限于三维结构。 N-S方程其中一个重要的难点就是“封闭性(Closure)的问题”，我们上学的时候都学过解方程，你想解二元一次方程，你就要知道两个关于xy的方程，你想解三元一次的方程，你就得知道三个关于xyz的方程，如果你只知道方程2x+3y=15，一个方程，两个未知数，那么你就可以得出无数种答案，其实也就是没有答案，而关于湍流运动的NS方程组面临的正是这样的问题，为了更精确的描述湍流运动的问题就要引出很多的参数，最终的结果就是这个方程组中，方程的个数永远少于需要求解的未知数的个数，所以就根本就没有答案。 换句话说，N-S方程尽可能全面的考虑到了关于湍流问题的诸多因素，找出了种种相关的因素，可是至于真正的求解，却无能为力。面对这样的问题，当时的人们是怎么办的呢。这事就得分两方面说了。一方面是，数学家，物理学家，他们偏要严谨的解决这个方程，当然，直到今天还是百思不得其解。 另一方面，从实际应该的角度出发，还是有突破口的。这也是理论与实际应用的区别，这其中的分野远比我们想象的还要强烈。对于现实世界的种种问题，总能找到一些姑且解决的办法，或者说，我们的生活是滞舒舒服服，绝大多数的问题根源上都是经济的问题，只要钱到位了，似乎没有什么复杂的事。可是，从理论科学上来看，他们面对的问题要更为深刻，很多时候并不是钱的事。一直保持着拼命探索的精神，虽然不确实会带来什么后果。所以，面对NS方程不可解的问题，分道扬镳也是必然的结局， 在实际操作过程中，工程师已经无心等待科学家的完美答案，所以，其中一部分侧重了实际应用的科学家只能是硬着头皮，想方设法的去掉过多的未知数，或者是自己现编几个方程，反正，目的就是使得未知数和方程数一边多，这样才能给出方程的解，大致的思路就是构建出相应的“湍流模型”，这样就把方程给封闭上了.继续说NS方程的求解问题，早期的典型代表是普朗托，他早在1925年就发表了半经验混合长理论，就是构建物理模型，这在工程学上有很好的应用,具体啥意思，大致的思想，引入了混合长的物理模型，使方程封闭起来。但事情到此还没有完结，因为引入的混合长也是未知数，此后，在普朗托和他的学生【冯卡尔曼】共同的努力之下，才提出一种比较简单，比较直观的方法来确定混合长，这样就可以粗略的解决NS方程了。 另外，就是以泰勒为代表的英国研究团队，他是从一些特殊形式入从手，他以理想化的，也就是实际上并不多见的，各向同性湍流作为研究对象，发展了新的统计方法，同样也取得了重要的科学成就。大概的意思就是他研究了一种特殊的湍流，叫均匀各向同性湍流，对于这种特殊的形式，他提出了解决方案。 又过了三年，【冯卡尔曼】和【霍沃思】提出了著名的【卡尔曼-霍沃思】方程。当然了，不管怎么著名，咱们还是没听过，也听不懂，看个热闹就得了，这个方程虽然也不闭合，不能算出严格的解，但在近似条件下，却可以从中导出湍能衰变的一些规律。
此后，关于湍流的典型代表是前苏联的【柯尔莫果洛夫】，他选择的路线与前人完全不全，他想，既然NS方程这么难以解决，那就去他妈的，老子就不解了，干脆放弃了【纳维-斯托克斯】方程，转而使用量纲分析法，也就是前面提到的，有点奇技淫巧的味道。这个方法在数学上来看并不难，问题是要找出决定这个过程性质的主要物理因子，这就要靠敏锐的物理洞察力了，显然【柯尔莫果洛夫】完全具备这种能力，他的敏锐的物理洞察力必然也是以深厚的数学功底为基础的。有时看似一种顿悟，但更多的的时候，都是以强大的理论基础做为后盾的，无论是凯库勒的苯环，还是弗莱明的青霉素，偶然中，更多的是必然。 当然了，扯了这么多，终究是对NS方程的近似求解，实际工作中要具体问题具体分析，建立适合它特点的具体的力学模型。比如，有适用于翼剖面尾迹的湍流模型，有适用于激波和边界层相互作用的湍流模型很多很多，得到的结果也只是基于不同科学家自己的经验性答案。所以，对于包工头和侧重了实际应用的物理学家来说，以上这些做法真真是极好的，他们的目的也不是为了从根本上解释湍流现象，解决湍流的本质，而是对湍流的情况作一定程度的模拟，更好的应用的生活生产当中，可以说，对于湍流模型的构建与湍流本质的研究这是两个完全不同的道路了，当然了，湍流模型的研究，这也是湍流的一个重要分支，如果，你真的能构建一个超广谱的，得到结果偏差也很小的湍流模型，获得诺奖我不敢说，但是，当个院士，绝对不成问题。 目前，具体模型的构建也有很多种，说两个较为常用的，有代表性的，一个是平均N-S方程的求解，一个大涡模拟（LES）。 咱就领悟一下精神，感受一下气质就行了。 湍流的大涡模拟这是啥思路呢，这个涡是旋涡的涡，大涡大涡主要思想是研究大涡旋的结构呗，那就得先设定好多大的涡算大涡，小的就先忽略不计，先把大的算明白了，然后通过求解附加方程再得到小涡的解。 对于湍流的研究，发展到了今天，还有一种全新的思路，就是完全放弃模型构建的思想，对于复杂的这个方程，咋办呢，送你两个字，愣算，专业的说法叫， 直接数值模拟，他不需要对湍流建立模型，而是直接采用数值计算求解。 缺点就是计算量大、耗时多、对于计算机内存依赖性强，当然了，你可能觉得，现在计算机能力这么强大了，算个数，这些都不叫事了，但是，毕竟湍流问题还是太复杂了，所以，应用直接数值模拟也只能计算雷诺数较低的简单的湍流运动，对于复杂湍流运动还是无能为力。 艺术 达芬奇的湍流 介绍了这么多关于湍流的事，不知道你各位感觉如何，是否能打开一些思路，听到以前不曾听过的东西，想到以前不曾想过的东西，或许你现在已经睡着了，根本听不到我现在说的话，我跟文案组说了，虽然，我们是华语中，做科普数一数一的节目，但是要不忘初心，不管节目做的好坏，最起码的要求，你得说的像人话，尽量把大家想象成是初中一二年级的水平，最大的限度是，把大家想象成高中二年级的水平，不能再高了。 节目的最后，咱们聊点轻松的话题，说说人文学科中与湍流有关的事，除了数学，工程学，物理学中的应用，湍流的形象还广泛的出现在艺术创造，哲学理论，甚至经济模型当中。在文学当中，人文学者也经常喜欢用湍流的概念表示失控，瓦解，骚动，混乱等这些负面的意义。 湍流这个词的意思最早是源于对于水流图案的描述，比如达芬奇就把水的这种围绕障碍物的旋转流动方式描述为搅动和混乱，当时他用的单词turbolenza”。现在湍流的单词正是turbulence，或者是turbulentflow。
大神达芬奇那是真正的科学艺术两门抱，而无论是对艺术还是科学的研究也都受到了周围战争环境的影响，他有很多关于空气和水流的研究应用到战争当中，比如潜水服，潜水艇、双层战舰、也有对于鸟类的研究，希望能借鉴发明出飞行器。比如滑翔机、扑翼飞机、直升机的构想，在这些具体问题的研究中，自然就要考虑湍流的问题。 在绘画的创造当中，湍流也是艺术们钟爱的主题，这里边的典型代表就是梵高的大作，星月夜，也有翻译成星空。
文森特·威廉·梵高，荷兰人，他是19世纪西方印象画派的大师，也是表现主义绘画的先驱。代表作除了有《星月夜》、还有自画像系列，向日葵系列。关于梵高就不过多的介绍，他这个人事太多，一期节目说不完，直接说《星月夜》，在这幅画用了非常夸张的手法，生动地描绘了充满运动和变化的星空。 整个画面被一股汹涌、动荡的蓝绿色激流所吞噬，旋转、躁动、卷曲的星云使得夜空变得异常的活跃，诡异，从这幅也可以让我们窥探到梵·高那躁动不安的情感和疯狂的幻觉世界。 为啥他这么躁动，这么疯狂，因为他看到的，他想到的和咱们正常人都不一样，他不仅脑子有病，眼神还不太好使，这才让他成为一代艺术大师，真是想练此功，必先自宫。我们只看到人家光鲜的一面，却常常忽略掉了人家所承受的苦难。这种生活中的贫困潦倒，精神上的苦痛挣扎就像是一股汹涌的湍流，又像一卷无情的旋涡将梵高包裹在其中，丝毫动弹不得，无法左右自己的肉体与灵魂，只能任凭命运湍流的摆布与沉浮。 画中描绘的是一个夜晚，天空显得又高又远，大大小小的星星回旋于夜空之上，金黄的满月形成了一个巨大的漩涡，星云的短线条互相纠结、盘旋，仿佛让我们看到时光的流逝与命运的无常。天空下，淡蓝色已经沉睡的村庄显得那么宁静、安详。与躁动的夜空形成了鲜明的对比。而，此时的梵·高正是处于第二次精神崩溃之后，正在接受精神病的治疗。似乎他内心中那唯一一丝安宁之处，也即将被这滚滚的湍流无情的吞噬掉。 当然，对于艺术的理解，从来就没有标准答案，有人理解，说梵·高想通过这幅画作表达宇宙的浩瀚，并以此来反衬出人类的渺小，令人类生出畏惧之心，也有人是他是想传达出一种不向命运低头的精神。说星云，是在跳舞，鲜花在怒放，直上云端的巨大柏树，更是无畏地指向天空。像一团黑色的火舌，代表了不屈不挠的精神。也表现出人类的挣扎与奋斗。说的我都有点怀念我的语文老师了。 其实真正想欣赏一幅画，并没有那么简单，你得了解作者当是所处的社会大背景和他生活的环境，还要了解他的风格流派，对于作品本身来说，则要看它的创作主题，画面的构图，布局，色彩，笔法、甚至是签名，印章，装裱。老多说道了，当然了，以于我们绝大多数人来说不可能做到面面俱到，也没有精力去研究这些东西，有的朋友完全忽略这些，就是觉得好看，老子就是喜欢，就是觉得漂亮，怎么地，不能怎么地，这也是欣赏艺术品的一种方法，每个人的感觉是不一样的，自己开心就行，能给自己带来心灵上的触动，那就是好作品。 梵高一生非常短暂，只活到了37岁，也非常的不顺，死了之后，他的作品才开始逐渐被大家接受，认同，作品才开始升值，时至今日，我们的印象当中梵高已经不仅仅是一位画家，一位艺术家，更是一个标签，他的身世也让人着迷，越来越多的标签不停的贴到了他的身上，甚至还有人说他是一位数学大师。因为，有人就分析了，说《星月夜》中有一个个大大小小的湍流。这是一种高度复杂的三维非稳态流动。《星月夜》是创作于1889年，如果从时间上来看，这远远的要早于很多研究湍流问题的科学家，就连【柯尔莫果洛夫】都得管梵高叫一声前辈了。
近年来，有人从科学的角度分析《星月夜》，说画作中的光与影的结合居然显露出了“湍流”的真容。梵高画中的“湍流”竟然真的与描述湍流的数学公式“柯尔莫哥洛夫微尺度”相吻合。也就是说，梵高的《星月夜》，这不仅是一幅绘画艺术品，同时，它还完美地可视化了湍流理论。 除了《星月夜》，在梵高生命的最后时光里，还创作了《麦田上的乌鸦》，在这里也能找到湍流经典数学模型的影子。所以，声称梵高不仅是一位绘画天才，还是有着数学甚至物理天赋的奇才。 对于这种说法，我是持有反对的观点，官方的说法叫持保留意见，我想做为一代后印象派的绘画大师，艺术造诣已经足够高了，曲折的身世也足够传奇了，并不需要再往他身上贴金了，就像是上吐槽大会一样，他的槽点已经够多的了，从割耳朵到开枪自杀，已经足够热闹了，不用再往上加料了，以我小人之心的猜测，那些从数学与物理学研究《星月夜》的人必定不是什么正经的科学家，要么就是憋的实在写不出论文，要么就是想整点旁门左道，剑走偏锋，想一炮走红的。这也让我想到了早些年对于特斯拉的态度，从大家漠不关心，无人关注，到逐渐浮出水面，成为众人的焦点，现一步步的走上神坛，还想飞上天，还要和爱迪生肩并肩，甚至要越过了爱因斯坦。 当然，对于我们这此吃瓜群众来说，从来都是爱热闹不怕事大，就喜欢八卦，传奇的故事，我们提及牛顿的时候更关注他炼金术和当造币厂厂的段子，一说爱因斯坦的时候，总是对他的小提琴津津乐道，说到霍金的时候，也是对他的轮椅更为关心，提到杨振宁，当然是，更关注他夫妻生活的那点事，无论多么伟大的人，伟大的事，一旦变得耳熟能详，妇孺皆知，大家就失去了兴趣，转而是追寻周围的，背后的，八卦的东西，哪怕是假的，大家也可以集体意淫，触碰大脑的G点，瞬间高潮。 至于梵高星空画作中，那到底是不是湍流，是不是漩涡，当然是，但是，梵高当年是否为了创作这幅画，事先计算了雷诺数，事先用NS方程或者是大涡模拟的方式来构建了这幅作品，您觉得可能吗？ 为啥我刚才先介绍了一下达芬奇，虽然他的作品中没有湍流的事。因为人家是大神，会的多，他的作品中，没有湍流，但是有维特鲁威人的完美比例，有蒙娜丽莎神秘的微笑，有最后的晚餐精美的构图，这些都会涉及到数学，几何的内容。可以说，任何一幅好的绘画作品必然包含着科学层面的内核在里边。几何学，光影，透视的效果，什么黄金分割，什么各种曲线之类的东西，但是，我就觉得湍流这事，远比我们想象的，理解的要复杂的多。想把湍流，旋涡这种复杂的，专业性极强的东西放在绘画中，那还是算了吧，顶多也就是表达一种情感，正像是梵高夜空，这些湍流给我们带来的心灵上的震撼，冲击，我想这就足够了。浪催的大师们，就消停消停吧。饶了梵高，他只是一个精神病患者。
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