Turbulencje i pierścienie boromejskie
W indeksie z czasów studiów na wydziale elektrycznym politechniki mam wypisane, jak wielu innych, zajęcia z fizyki, chemii i matematyki, ekonomię i filozofię, wyszkolenie wojskowe, a nawet rysunek techniczny. Ten ostatni na podbudowie kaligrafii ze szkoły podstawowej. Elektryczność upoważnia do interdyscyplinarności i wrażliwości nie tylko na ceny energii elektrycznej i cieplnej. Znajomych elektryków spotykam czasami w teatrach, muzeach, na widowiskach i koncertach. Ostatni, już 43. festiwal z cyklu „Wieczory u Telemanna” w Muzeum Zamkowym w Pszczynie zgromadził spore grono pracowników wyższej śląskiej uczelni technicznej. Otóż Śląska Orkiestra Kameralna zachwyciła wykonaniem dwóch utworów wybitnego twórcy Adama Wesołowskiego: Silver Concerto na klawesyn, orkiestrę smyczkową i multimedia oraz Sinfonia industrialna na orkiestrę smyczkową i multimedia. Pierwsza przypowieść, gdzieś z podziemia kopalni srebra w Tarnowskich Górach, oddaje artystyczną wizję atomu Ag i pracy gwarków, druga symfonia to już jakże bliskie technice odgłosy suwnic i przestrzeni fabrycznych epoki industrialnej, balansujące muzycznie na powtarzalnych seryjnie produktach dźwiękowych z precyzyjnie dobranymi interwałami. Jakże piękne dopełnienie miesiąca przyznawania nagród Nobla z różnych dziedzin.
Przyjazny nastrój do podjęcia lektury z dziedziny sztuki i pokoleniowego artyzmu w świetle nauki i jej współczesnych osiągnięć. Z 18 obiektów analizowanych w książce Wielkie sekrety arcydzieł sztuki 1) przybliżę Szanownym Czytelnikom dwa obrazy: Gwiaździstą noc Vincenta van Gogha (1853-1890) i Pallas Atena i centaur Sandro Botticellego (1445-1510). Pierwszy z powodu turbulencji, drugi pierścieni boromejskich.
Jak zwykle schyłek roku, coraz dłuższe noce nastrajają do oglądania nieba mimo że tuż zagranicą trwa wojna i zapewne nikt nie chciałby oglądać nadlatujących dronów bojowych. Cóż może nam uświadomić malowana w 1889 roku wizja z Saint-Rémy-de-Provence nieopodal Arles, gdzie w sali szpitala psychiatrycznego malował van Gogh. To obraz ilustrujący niewyrażalne w języku fizyki, bardzo skomplikowane zjawisko hydrodynamiczne: ciała niebieskie otoczone spiralnymi, skłębionymi mgławicami. Dopiero w 2008 roku pod wpływem odkryć dzięki teleskopowi Hubble’a kilku fizyków z Hiszpanii, Meksyku i Wielkiej Brytanii zaczęło łączyć ideę turbulencji z holenderskim malarzem. Zwrócili oni uwagę na nowe obrazowanie gwiazd w otoczeniu wirów powstałych z gazu i pyłu.
Jak tłumaczą Autorzy – turbulencja to, mówiąc najprościej, chaotycznie poruszające się strumienie powietrza lub płynów, często przybierające postać wirów, tworząc swą dynamiką na obrazie wrażenie ruchu. Kluczem w luminacji jest natężenie światła będąc miarą wrażenia wzrokowego, które odbiera oko ze świecącej powierzchni. Naukowcy badający dzieła van Gogha postanowili stworzyć analogię między turbulencją płynów a turbulencją luminacji, dzięki czemu wykorzystano wzór Kołmogorowa. Narzędziem pomocniczym stała się analiza statystyczna, porównująca funkcję rozkładu prawdopodobieństwa fluktuacji luminacji z obrazów van Gogha oraz przepływów turbulentnych. Dzięki niej wspomniani naukowcy stwierdzili ich podobieństwo (te same charakterystyczne cechy). „Oto objawia się nam współczesna teoria hydrodynamiczna ukryta na starym obrazie” – konkludują Autorzy.
Czas na drugie dzieło Pallas Atena i centaur (1485) i zacznijmy od szczegółu obrazu Botticellego. Wzór geometryczny na szacie Pallas Ateny, tzw. pierścienie boromejskie (trzy nakładające się na siebie koła) także stały się przedmiotem badań naukowych.
Już w IV wieku, po Soborze Nicejskim (325 r.), znak ten stał się symbolem Trójcy Świętej, co pociągnęło za sobą umieszczanie go jako ornamentu w kościołach: na posadzkach, witrażach, w detalach elewacji itp. Botticelli miał jednak inny powód, żeby wykorzystać ten znak. Był on bowiem elementem herbu Medyceuszy, a Wawrzyniec Medyceusz, będący mecenasem Botticellego, zlecił namalowanie tego obrazu. W XX w. powstała teoria węzłów, czyli zamkniętych pętli w przestrzeni trójwymiarowej, a badanie pierścieni boromejskich na poziomie molekularnym to już nasz XXI wiek.
„Doniosłość badań nad węzłami i splotami, w tym nad okręgami Boromeuszy, zasadza się na ich praktycznym zastosowaniu w biologii molekularnej do opisu DNA oraz w chemii przy tworzeniu nowych struktur. W 2004 roku późniejszy laureat nagrody Nobla w dziedzinie chemii, Fraser Stoddart, opracował stabilny termodynamicznie układ boromejski o zależnościach, takich jak Botticelli przedstawił graficznie na szacie Ateny. U Stoddarta pierścieniami są związki makrocykliczne, czyli takie związki, które posiadają właśnie strukturę pierścienia powstałego z dużej liczby atomów. Tworzą one układ zablokowany mechanicznie w ten sposób, że przerwanie jednego z nich powoduje dekompozycję pozostałych”.
Jednak najbardziej spektakturalne zastosowanie tej własności jest odnotowane w walce z rakiem. Nanomechanika, w ramach której naukowiec prowadzi swoje badania, jest podstawą nanotechnologii, która proponuje zwalczanie komórek nowotworowych od wewnątrz za pomocą nanocząsteczek.
Książka jest z pomysłem ilustrowana (ogół – detal) i zawiera podstawowe informacje o omawianym dziele. Fascynując się w wolnych chwilach sztuką i kulturą nie zawsze dostrzegamy wartości, które mimowolnie wnoszą dzieła (powszechnie znane?) w nasze inżynierskie życie. Kryształowa czaszka, terakotowa armia, malowidła w australijskich jaskiniach, zaginiony złoty tron, wieża Babel, bazylika Sagrada Familia oraz ciekawie sportretowani twórcy: Hieronim Bosch, Pieter Breughel, Alfons Mucha, Edward Munch, Salvador Dali, Antonio Gaudi, ale także nasz Wyspiański czy Józef Mehoffer – ręczę, że książka zaskoczy niejedną nieznaną informacją i technicznymi aspektami. Podobnie jak niektóre tegoroczne nagrody Noblowskie.
W jesienne i zimowe wieczory inspirująca i niejednokrotnie elektryzująca lektura!
Bogumił Dudek
1) Joanna Łenyk-Barszcz, Przemysław Barszcz, Wielkie sekrety arcydzieł sztuki, wyd. Fronda, Warszawa 2021; natomiast wydanie drugie 2022 s.351 (rozdziały Gwiaździsta noc s.66 i Centaur w świecie molekuły s.116).
Zobacz: 10/2022 Energetyki.
