將要變革建筑的十大科學(xué)新發(fā)現(xiàn)

建筑歷來關(guān)注自身的未來，也關(guān)注科學(xué)新發(fā)現(xiàn)及其在建筑工藝上的實際應(yīng)用。如今我們確實看到極具異域風(fēng)情的電腦設(shè)計的美麗建筑表皮、花鍵連接的形態(tài)和生成圖示。對于一個不是科學(xué)家的人，這個工作可能顯得極端科學(xué)化和“現(xiàn)代化”。我們也看到動蕩破裂的宇宙的象征主義，其涵義的舊觀念正面臨令人痛苦的后現(xiàn)代挑戰(zhàn)。

但是從現(xiàn)代物理學(xué)家的觀點，建筑仍然深陷過去的泥淖。

那是因為建筑懷抱在其核心造型理論中的“現(xiàn)代性”現(xiàn)在幾乎有一百年歷史了，它是過去純樸工業(yè)時代過時的遺跡。當(dāng)然“現(xiàn)代”建筑很多裝飾性外表由尖端技術(shù)制成。但是它們實質(zhì)上仍是用來支撐舊工業(yè)聚落方法的新奇噱頭。建筑師讓自己成為引人注目的藝術(shù)包裝者，使用精致藝術(shù)文化的誘惑來幫助在全球推銷夸張過時的項目。為了我們所有對可持續(xù)性的追求，我們實際上在與災(zāi)難同行。 　　問題是我們沒有真正地參與過定居過程，也沒問建筑作為工藝和原理怎樣能夠在形成聚落過程中真正處于領(lǐng)導(dǎo)地位。這意味著超越藝術(shù)隱喻的活動為其它活動服務(wù)，有助于依據(jù)科學(xué)發(fā)現(xiàn)實際應(yīng)用聚落科學(xué)。這些科學(xué)必須包括經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治學(xué)、環(huán)境心理學(xué)和醫(yī)學(xué)，也包括來自生物學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)關(guān)于形成和成長動力方面的深刻見解。

與醫(yī)學(xué)類比特別恰當(dāng)。聚落科學(xué)的應(yīng)用必須和藝術(shù)與工藝一起應(yīng)用，正如醫(yī)學(xué)必須被有藝術(shù)與工藝的醫(yī)師應(yīng)用。就像醫(yī)學(xué)行業(yè)，聚落科學(xué)必須植根于實證方法，必須有一個關(guān)心他人福祉的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)。

但是這意味著深入的再評估并對失敗的專家模式進(jìn)行改革。它意味著方法學(xué)、技術(shù)和“現(xiàn)代性”概念方面真正的革命，最終成為設(shè)計思想本身的革命。

這些來自科學(xué)的見解是什么?我們這些物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和城市哲學(xué)家總結(jié)了其中十條，與其它部分一起都在新著《Design for a Living Planet》有詳細(xì)論述。 將要變革建筑的十大科學(xué)新發(fā)現(xiàn)：

1.復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)

各類設(shè)計者得到的一個重要教訓(xùn)是產(chǎn)品設(shè)計不能真正從環(huán)境設(shè)計中分離。某種意義上我們都是工作在人類環(huán)境中的環(huán)境設(shè)計者。因為每個系統(tǒng)只是部分封閉的，我們必須設(shè)法像在開放系統(tǒng)工作一樣在這些系統(tǒng)中工作 ― 也就是說作為更大優(yōu)化整體的一部分。老一套設(shè)計由于無法實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)而導(dǎo)致了我們的生態(tài)災(zāi)難。

2.自組織

任何設(shè)計如果硬要追求一種“標(biāo)準(zhǔn)的”、“形式的”、預(yù)想的或者自我參照的建筑或者城市的類型學(xué)，那它在根本上是有缺陷的。因為它沒有從當(dāng)?shù)貤l件出發(fā)計算一個自適應(yīng)配置。很多二戰(zhàn)后的城市規(guī)劃因此不得不被丟棄。

3.網(wǎng)絡(luò)城市

我們可以把建成的城市建筑和基建看作城市的“硬件”，它是一個基質(zhì)，只有在付出相當(dāng)多的時間和費用后才能夠改變。這個“硬件”能夠到處移動、連接、交換信息等等。簡單地說，只要我們能獲得無限的能源和支持資源，通過將網(wǎng)絡(luò)連接的重?fù)?dān)推給“軟件”來運行較差的“硬件”，我們就能建造一個城市。但是電腦設(shè)計師非常清楚，設(shè)計不佳的硬件和日益復(fù)雜的軟件一起使用會帶來麻煩，遲早系統(tǒng)會變得難以管理。

4.彈性幾何學(xué)

差異制造了熟悉的幾何圖形，比如局域?qū)ΨQ性：舉例來說，我們身體有兩手兩腿。感受這種(以及其它相關(guān)種類)對稱性的能力是進(jìn)化心理學(xué)非常重要的方面，也是促進(jìn)人類福祉的環(huán)境屬性。通過差異產(chǎn)生的對稱性存在似乎同樣對結(jié)構(gòu)彈性必不可少。沒有它結(jié)果會是毫無生氣而僵硬的。差異引產(chǎn)生了對比，對稱則在抵消均勻性的同時產(chǎn)生組群。

5.靈活的設(shè)計

這里只是舉個例子，鳥群復(fù)雜的圖形不是從任意的指定時刻、指定復(fù)雜形狀的藍(lán)圖嚴(yán)格中創(chuàng)造出來的，那將是極其巨大的指令集。相反每只鳥只有些簡單的規(guī)則來保持相對領(lǐng)頭和相鄰的位置。這些簡單的指令相互作用，從而產(chǎn)生了鳥群漂亮復(fù)雜的幾何圖形。

6.縮放和分形

分形加載來自特有的分形結(jié)構(gòu)的“生成算法”，更小尺度上的重復(fù)穿孔經(jīng)常繼續(xù)下行至細(xì)節(jié)和裝飾的尺度。為什么會這樣?似乎很可能我們這些使用者通過這些地方，發(fā)現(xiàn)如此復(fù)雜的環(huán)境(在非常精確的排序意義上是復(fù)雜的)是更易于理解的，更清晰的，更有效組織的，也是更漂亮的。

7.循證設(shè)計

最終的確切產(chǎn)品在計算開始時并不完全明確;只有某些重要品質(zhì)是事先決定好的，實現(xiàn)這些的需求驅(qū)動著設(shè)計的完成。如果產(chǎn)品一開始完全明確了，就不可能有調(diào)適，也就很可能在人文方面失敗。

8.生物自衛(wèi)

其含義可能極其重大：審美設(shè)計選擇不僅關(guān)系到設(shè)計者的藝術(shù)表現(xiàn)，讓用戶喜歡或不喜歡，而且和其它因素一起能改善或者損壞用戶的健康。

9.計算不可化歸性

在這個最簡單的計算可歸化的系統(tǒng)中(象簡單的數(shù)學(xué)題)，我們不需要迭代計算工作，但能用公式通過捷徑達(dá)到最終狀態(tài)。但是自適應(yīng)設(shè)計過程的計算是不可歸化的，如果我們認(rèn)為能強(qiáng)加模板或者設(shè)法通過公式或捷徑達(dá)到最后的構(gòu)形，那我們是在愚弄自己。這就是“還原性謬論”，在20世紀(jì)和到21世紀(jì)目前為止多數(shù)建筑師和城市規(guī)劃專家已陷入其中，結(jié)果他們的設(shè)計是非適應(yīng)的，并最終功能失調(diào)。

10.模型的進(jìn)化

我們在機(jī)械思維的工業(yè)年代沉迷于新奇，因為它提供了市場營銷的力量。新的!改善的!推論得到的思想是舊事物必須當(dāng)作“不真實的”或者“過時的”丟棄。但是科學(xué)給我們展示了不同的世界：這里充滿了循環(huán)、進(jìn)化和模型，這些模型持續(xù)了幾百萬年，或者通過遺傳過程得以再生。這就是進(jìn)化如何經(jīng)歷無數(shù)的年代適應(yīng)并且成功。這個啟示寓意深遠(yuǎn)，人類建筑將不得不學(xué)習(xí)或者重新學(xué)習(xí)。

將要變革建筑的十大科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，初次讀來，這十個發(fā)現(xiàn)可能看起來太抽象而對建筑沒有多少實際幫助。但是每個發(fā)現(xiàn)對于建筑如何構(gòu)思有一系列非常具體的啟示，并且?guī)淼母锩h(yuǎn)離今天的實踐模式，在失敗的舊工業(yè)聚落模式上創(chuàng)造了新奇藝術(shù)外衣。

可能最有用的實例由建筑師克里斯托弗•亞歷山大提供，他是一位著名的杰出的理論家。鮮為人知的是亞歷山大和他的同事在全球已經(jīng)建造了300座建筑。他的思想也已形成很多方面的重要基礎(chǔ)，象維基技術(shù)和維基百科，很多游戲軟件，還有Mac、iPhone操作系統(tǒng)和其它技術(shù)。

亞歷山大的工作成果仍然在繼續(xù)，特別是在建筑和都市化的世界。他的研究顯示了居住建筑和城市的配置通過交互式計算產(chǎn)生，在很多不同尺度創(chuàng)造了結(jié)構(gòu)和時態(tài)的層級。在城市、社區(qū)、街道、建筑和裝修細(xì)節(jié)各個尺度之間存在密切關(guān)系。城市不是項目的組合，而是這些發(fā)展關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)。

亞歷山大最初關(guān)心自然和人類建筑中的“形態(tài)發(fā)生”，“形態(tài)發(fā)生”是指形態(tài)隨時間流逝而生長。我們都在生物學(xué)中聽過這個詞，它是生物體生長和轉(zhuǎn)化到無限美麗和各種各樣形狀的一種方式?？茖W(xué)家正在開始梳理這個過程的進(jìn)行方式。“形態(tài)發(fā)生”不是從頭進(jìn)行，而是從原配置模型的轉(zhuǎn)化開始。這些模型存在于DNA以及組成細(xì)胞的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部。當(dāng)它們改變形狀時適應(yīng)了環(huán)境和彼此，這個過程被稱為“自適應(yīng)的形態(tài)發(fā)生”。亞歷山大一直專注于將這些經(jīng)驗轉(zhuǎn)換利用到建筑上。

亞歷山大最知名的也許是模式和“模式語言”方面的研究。模式是名為“實證設(shè)計”這一非常重要概念的工具，“實證設(shè)計”適應(yīng)性強(qiáng)，能解決人類的問題并且滿足人類需求。這個設(shè)計不是線性機(jī)械過程的產(chǎn)品，而是在進(jìn)化周期中繼續(xù)進(jìn)行，出現(xiàn)于彼此互相適應(yīng)的過程，成功的信息以DNA式的訊息傳輸。確實自然系統(tǒng)就是這樣運作來解決問題并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，特別是它們保留并發(fā)展了自適應(yīng)形式的信息。

亞歷山大認(rèn)識到設(shè)計是種轉(zhuǎn)化，這點偉大而博學(xué)的Herbert Simon也提出過，“從現(xiàn)存條件到最佳條件”。自適應(yīng)設(shè)計不能從假定的白板條件開始，但永久能對現(xiàn)存的條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化。甚至不同環(huán)境下類似的設(shè)計問題也要對不同配置進(jìn)行轉(zhuǎn)化。用數(shù)學(xué)術(shù)語講，每個設(shè)計問題有不同的初始條件，這些條件強(qiáng)烈影響求解方法。

按照“尺寸分布的統(tǒng)一規(guī)則”(由我們當(dāng)中一員物理學(xué)家Bruce J. West遵循亞歷山大的觀點系統(tǒng)闡述)，復(fù)雜系統(tǒng)中要素越小，就越多。尺寸和復(fù)雜性之間的關(guān)系被分形或者逆冪尺度法則統(tǒng)治，大多數(shù)穩(wěn)定的自然和人工系統(tǒng)都遵守這個規(guī)則。這些系統(tǒng)包括動物的神經(jīng)系統(tǒng)、植物的循環(huán)系統(tǒng)、哺乳動物的肺、電力網(wǎng)絡(luò)、萬維網(wǎng)和其它無數(shù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。看看蕨葉、菜花和放大的雪花，我們能從圖形上看到尺寸的分布。

這些見解作為一種通向未來建筑的地圖，未來人類技術(shù)逐步呈現(xiàn)復(fù)雜的自然系統(tǒng)屬性。最特別的是，這些人類技術(shù)必須獲得自然系統(tǒng)能力來適應(yīng)并保護(hù)它們自己的生存基礎(chǔ)。如果沒有如此深遠(yuǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)變，建筑只能繼續(xù)在下沉中的泰坦尼克號上制造異國情調(diào)的新躺椅。