水之大师

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所属分类:物理海洋

水之大师

在意大利佛罗伦萨的市政记录中,记载了博学家列奥纳多·达·芬奇Leonardo da Vinci的一个特殊头衔。在这份记录中,达·芬奇被誉为“水之大师(Master of Water)。他探索过如何将阿尔诺河从比萨引开,以便切断敌人从海上通往佛罗伦萨的通道。他从事过许多项为军事目的而进行的水流控制任务。

 

如果我们翻看达·芬奇的笔记,就会发现他对水的力量有着更广更深的关注。他不仅想了解潮汐的涨落,还想知道河流与海洋的起源,他探究水的循环,并思考在侵蚀、洪水、雨水和风暴等现象中水所起的可怕作用。

 

水之大师

○ 达·芬奇设计的液压锯模型重建。| 图片来源:Jakub Hałun / Wikimedia Commons

 

水是一种不可忽视的力量,它既是一种理念,也是一种现实。在达·芬奇看来,即使人类无法完全控制水,但仍可以对其加以利用。在他的一生中,他被委以过一系列与水相关的工程任务,尤其是在跟作战有关的运河方面。

 

对达·芬奇而言,在流动、回旋、旋涡中的水极具魅力。他曾这样描绘圣经中的洪水:“膨胀的水体会席卷水池,水池中的水撞击到不同的障碍物而泛起漩涡,迸溅出泡沫跃入空中,然后落下,接着落回的水又再次冲到空中。”

 

在他对洪水的思考过程中,水的破坏力占据了他的核心思维。他对流水的描述并不停留在某一个时刻的观察,而是会思考流水的整个过程。虽然他有着圣经式的思维方式,但他与现代科学家一样,对海啸等具有巨大破坏力的水流现象非常感兴趣。

 

水之大师

○ 达·芬奇所绘的洪流。| 图片来源:Wikimedia Commons

 

达·芬奇描绘的是流水固有的三维特性以及湍流的概念。湍流包含一系列共存的涡流,这些涡流的尺度从大到小各不相同。1941年,柯尔莫果洛夫(A.N. Kolmogorov)给出了这个概念的数学表达式,即所谓的“湍流的级联模型”。

 

对流水的可视化对现代研究仍然是一个强大而必要的工具。例如,近期一些实验室研究的是沿海海洋区域中的岛屿周围的三维流体,他们使用微小的塑料球体来观察岛屿下游尾流的流体运动。要理解这些海洋系统的生态生产力是如何维持的,描述这些尾流的复杂性质,以及其中垂直上升的水涌至为关键。

 

水之大师

○ 对水流的可视化模型。| 图片来源: Paul M. Branson et al

 

在达·芬奇来眼中,流水与卷发是平行关系。他曾说:“水面的运动与头发的运动相似,它们具有两种运动形式,一种随着水面的流动而前进,另一种形成旋涡的线条;因此,水形成旋涡,一部分是由于主体水流的推动,另一部分是由于偶然的运动和回流。”

 

水之大师

○ 达·芬奇作品《蓬乱头发的少女头像》| 图片来源: Wikimedia Commons

最近,研究流体力学的科学家创造了一种音乐形式来表示流水的频率,他们试图采用这种创新的方法来传达实验结果。从达·芬奇的思想到这些现代的方法,不变的是人类对于流水之美的着迷。

 

虽然曾经拥有“水之大师”的头衔,但达·芬奇明白,水是自然世界的一种存在,他像其他人一样,只能对它进行有限的控制,或许只有在艺术中,他才能随心所欲地描绘流水的形态。

 

扩展阅读:

《500年后,他的光芒仍然绚烂夺目》

《曾令达·芬奇惊奇不已的现象,终于得到了解释?》

 

撰文:

Susan Broomhall(西澳大利亚大学历史教授)

Greg Ivey(地球物理流体动力学教授)

Nicole L. Jones(西澳大利亚大学物理海洋学副教授)

 

原文标题为“How Leonardo da Vinci, ‘Master of Water’, explored the power and beauty of its flow”,首发于2019年4月4日的The Conversation。原文链接:https://theconversation.com/how-leonardo-da-vinci-master-of-water-explored-the-power-and-beauty-of-its-flow-112401. 中文内容略有修改,仅供参考,一切内容以英文原版为准。

原文始发于微信公众号(原理):水之大师

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