Capitolo 1 - Le leggi dell'architettura dalla prospettiva di un fisico

(Traduzione italiana del primo capitolo del libro “A Theory of Architecture”, 2006).

Ci sono tre leggi dell’ordine architettonico, che sono ottenute attraverso analogie con principi fisici di base. Si applicano sia ai sistemi naturali sia alle strutture costruite dall’uomo. Queste leggi possono essere usate per creare edifici che corrispondano al comfort emotivo e alla bellezza dei grandi edifici storici del mondo. Le leggi sono consistenti con tutte le architetture di ogni parte del mondo: ad esempio le architetture Classiche, Bizantine, Gotiche, Rinascimentali, Barocche, Islamiche, del vicino Oriente e del lontano Oriente, e dell’Art Nouveau; ma non con molte delle forme architettoniche degli ultimi settant’anni. Sembra che le architetture del ventesimo secolo di fatto contraddicano tutte le altre, evitando alcune regole di ordine strutturale [anche “ordine costruttivo” in alcuni contesti di testo, N.d.T.].

1. INTRODUZIONE.

Sono convinto che l’architettura sia una espressione e una applicazione dell’ordine geometrico. Ci si aspetterebbe che la materia sia descritta da matematici e fisici, ma non lo è. Non c’è ancora una chiara e condivisa formulazione di come l’ordine strutturale sia raggiungibile in architettura. Considerando che l’architettura influisce sul genere umano attraverso l’ambiente costruito più direttamente di ogni altra disciplina, è sorprendente la nostra limitata conoscenza dei meccanismi che creano ordine strutturale. Ci siamo concentrati nella comprensione delle strutture naturali biologiche e inanimate, ma non negli schemi sistematici riflessi nelle nostre costruzioni.

Esistono edifici storici che sono universalmente riconosciuti come molto belli (vedi la Sezione 2 in questo Capitolo, più sotto). Tra questi ci sono i grandi templi religiosi del passato (Fletcher, 1987) e la ricchezza culturale contenuta in varie architetture indigene (Rudofsky, 1964; 1977). Entrambi sono il prodotto di regole [costruttive] empiriche, che possono essere dedotte dalle costruzioni stesse. Un generale insieme di regole empiriche è stato analizzato e raccolto in Pattern Language, di Christopher Alexander (Alexander et. al., 1977) ( Citation: Alexander, Ishikawa & al., 1977 Alexander, C., Ishikawa, S., Silverstein, M., Jacobson, M., Fiksdahl-King, I. & Angel, S. (1977). A Pattern Language. Oxford University Press. ) .

Le leggi di ordine strutturale sono alla base della fisica e della biologia, e mi aspetto che leggi simili valgano anche per l’architettura. Alexander propone un insieme di regole geometriche che governano l’architettura, derivate da principi biologici e fisici ( Citation: Alexander, 2004 Alexander, C. (2004). The Nature of Order. Center for Environmental Structure. ) . Queste si basano sull’ipotesi che la materia obbedisca ad un ordine complesso alla scala macroscopica. L’ordine strutturale richiede solo che le forme siano suddivise in un certo modo, e che tali suddivisioni siano messe in relazione le une con le altre. Anche se le forze come l’elettromagnetismo e la gravità sono troppo deboli per darne spiegazione, i volumi e le superfici interagiscono apparentemente in un modo che mima le microscopiche interazioni delle particelle elementari. L’architettura può quindi essere ricondotta ad un insieme di regole affini alle leggi fisiche.

L’ordine strutturale si riferisce anche alla forma percepita, e quindi abbraccia due componenti dell’architettura che sono state segregate nella discussione dei decenni passati: la struttura tettonica, e il design delle superfici. Non voglio mescolare la qualità delle superfici con la struttura costruita; ma il nostro meccanismo sensoriale risponde sia all’estetica compositiva (trad. per visual designs, N.d.T.) sia alla tettonica. Pertanto, l’ordine strutturale è dovuto ad entrambi questi aspetti della forma costruita, che si distinguono semplicemente per la scala. Questo libro dedica uno sforzo considerevole per mettere in relazione una scala con l’altra, e con [i meccanismi di] risposta umana. L’ordine strutturale è condizionato dalla percezione umana, e quindi non può essere strettamente giudicato da astratti criteri formali. Questo è un concetto familiare ai fisici, dove l’osservatore diventa parte, ed influenza il comportamento, di un sistema quantistico. Un tema sottostante di questa indagine è che l’architettura esiste nell’universo degli esseri umani, e non può essere isolata in un proprio regno astratto. Il criterio base può essere definito come: “qualora noi reagiamo a questo [sistema] in qualsiasi modo, allora questo [sistema] è una componente dell’ordine strutturale”. ¹

Attraverso analogie con la struttura della materia, qui sono postulate tre leggi dell’ordine costruttivo (Sezione 3). Queste sono state verificate in tre modi differenti: con un confronto diretto con i più grandi edifici storici di tutti i tempi (Fletcher, 1987); con un confronto con quindici principi che Alexander ha astratto dalle creazioni lungo la storia dell’umanità (Alexander, 2004); e da un confronto con le forme fisiche e biologiche. Questo risultato rappresenta una riuscita applicazione dell’analisi scientifica (cioè, l’approccio del fisico) per la comprensione e la risoluzione di un problema altamente complesso, che fino ad ora ha resistito ad una formulazione scientifica.

Le tre leggi dell’ordine strutturale possono essere utilizzate per classificare gli stili architettonici in un modo che non era stato fatto prima (Sezione 4). Laddove la maggior parte delle architetture tradizionali segue le tre leggi, gli edifici contemporanei e modernisti sembrano spesso fare l’opposto di ciò che dicono le tre leggi. Per “modernisti”, intendo le architetture introdotte negli anni ‘20, che hanno condotto allo “Stile Internazionale” e agli edifici minimalisti. Questo risultato categorizza le architetture tradizionali in un gruppo separato dalle architetture del ventesimo secolo, che non è sorprendente, dato che gli architetti volevano che i loro edifici fossero differenti. Sarà utile avere una più chiara idea del corrispondente ordine strutturale. Sembra che tutti gli edifici siano creati da una sistematica applicazione delle stesse tre leggi, sia seguendole che opponendole.

Finora, i risultati non distinguono quale architettura sia “migliore”. Tuttavia, Alexander, insieme a Carlo, Principe di Galles, preferisce una architettura più umana, che è più spesso riscontrabile in forme tradizionali. Entrambi credono che l’architettura tradizionale sia più adatta al genere umano per ragioni fondamentali (come la fisiologia e la psicologia umane) e non meramente per ragioni di gusto. La Sezione 5 di questo capitolo presenta argomenti a supporto di questa posizione. Alla base di questi argomenti c’è il senso di comfort che una persona sente nei confronti di un edificio e l’universalità del suo ordine strutturale, che è il modo con cui un’architettura lega insieme gli aspetti visivi, fisici e tettonici.

2. REGOLE DI BELLEZZA E ORDINE NELLE EPOCHE PASSATE.

Diverse civiltà e differenti periodi nel passato ci hanno lasciato una serie di regole, normalmente implicite, che hanno permesso lo sviluppo di un ideale ultimo di bellezza. Ogni insieme di regole è legato alla tradizione ornamentale di quel particolare periodo, alla disponibilità di materiali locali, al clima locale, o a rituali religiosi sottintesi, e ha generato forme architettoniche molto belle. Ciò che è importante è che, ancora oggi, tutti questi diversi edifici ed oggetti sono percepiti come belli dalla maggior parte delle persone, le quali vivono fuori dal tempo e dalla cultura che li ha generati. Ciò implica l’esistenza di leggi universali che governano un ordine strutturale.

Non è difficile applicare un insieme di regole architettoniche tradizionali agli edifici contemporanei. Un tempio Greco in Giappone (come banca), o un tempio Cinese negli Stati Uniti (come ristorante) possono essere stupendi, se costruiti seguendo le regole appropriate per il loro stile. Tali regole ci dicono come duplicare qualcosa da una cultura precedente o da una popolazione differente. Ma, tuttavia, non possono essere generalizzate o facilmente adattate ad altri tipi di forze o circostanze. Ciò che invece ci serve, e ciò che cercano sempre gli architetti, sono le specifiche per realizzare qualcosa di bello che non sia vincolato ad una tradizione rigorosa e non appropriata.

Affrontando l’architettura come un problema scientifico, è possibile ottenere regole che sono genuinamente indipendenti da ogni specifica cultura e periodo temporale. Indicherò qui tre leggi che governano l’ordine strutturale e che includeranno, come caso particolare, la maggior parte delle regole storiche utilizzate in passato per la creazione di magnifici edifici. Quindi mostrerò che le regole per costruire in modo identificabile le strutture moderniste semplicemente fanno l’opposto di ciò che serve per raggiungere un ordine strutturale in architettura. Il risultato sarà l’individuazione di due distinte classi di strutture nella storia delle costruzioni del genere umano.

Diversi tipi di ordine strutturale inducono anche diversi tipi di esperienze per il fruitore dell’edificio. Molti edifici contemporanei e del ventesimo secolo (anche se certamente non tutti) che seguono il modello industriale, sono percepiti dagli utenti come sgradevoli. Questo potrebbe essere vero per il loro aspetto estetico-visivo, e specialmente per le funzioni concrete che si devono svolgere in questi edifici (entrate e uscite, spazi di lavoro, distribuzione, etc.). Sarebbe bello poter avere una spiegazione del perché questo accada, in modo da poter risolvere il problema. Le reazioni pubbliche contro certi stili architettonici sono già state evidenziate da tempo ( Citation: Blake, 1974 Blake, P. (1974). Form Follow Fiasco. Little, Brown and Co.. ; Citation: Wolfe, 1981 Wolfe, T. (1981). From Bauhaus to Our House. Farrar Straus Giroux, New York. ) , e sono vigorosamente espresse anche da Carlo, Principe di Galles ( Citation: Charles, 1988 Charles, P. (1988). Speeches on Architecture. [i18n] apa_in Jencks, C. (Eds.), The Prince, the Architects, and New Wave Monarchy. ; Citation: Charles, 1989 Charles, P. (1989). A Vision of Britain: A Personal View of Architecture. Doubleday. ) . Nonostante le varie critiche, tuttavia, l’estetica modernista (che ha anche influenzato gli stili seguenti) rimane profondamente radicata nella nostra società, ignorando le reazioni e il comfort degli utenti, aspetti che rischiano di minare la validità del suo modello.

I sostenitori del modernismo hanno identificato il loro credo con il progresso tecnologico del ventesimo secolo. Nella mente di molte persone, il progresso industriale del dopoguerra è falsamente correlato, se non direttamente dovuto, allo sviluppo dell’architettura modernista, e per questo motivo non la metteranno in dubbio facilmente. Nei paesi in via di sviluppo è diventato automatico costruire edifici di stile moderno come primo passo verso la modernizzazione. Eppure, oggi è comunemente accettato che nel mondo preindustrializzato i programmi edificatori modernisti hanno avuto conseguenze urbane ed ambientali largamente disastrose ( Citation: Blake, 1974 Blake, P. (1974). Form Follow Fiasco. Little, Brown and Co.. ) .

La proliferazione diffusa di tipologie architettoniche moderniste è un fenomeno storico-sociale, e quindi suscettibile di analisi scientifica. La spiegazione dello straordinario successo del modernismo occupa l’ultimo terzo di questo libro, dal Capitolo 9 al 12. Nonostante sia al centro di ogni teoria architettonica, questo argomento non può essere studiato utilizzando ragionamenti puramente architettonici; quindi, per poter spiegare questi eventi storici, è necessario adottare nuove tecniche che mutuano idee dalla biologia evoluzionistica.

3. LEGGI PER L’ARCHITETTURA.

Le seguenti leggi sull’ordine strutturale sono ispirate e si basano sui risultati di Alexander; in particolare, sulle “quindici proprietà” nel Libro 1 di “The Nature of Order” ( Citation: Alexander, 2004 Alexander, C. (2004). The Nature of Order. Center for Environmental Structure. ) . Queste sono emerse dalle mie discussioni e interazioni con Alexander negli ultimi ventidue anni. Ho cercato quindi di formulare un insieme di leggi che potessero essere più facili da ricordare delle “quindici proprietà” di Alexander. Ovviamente non è possibile sostituire quindici proprietà con sole tre leggi, ma confido che la mia interpretazione possa perfezionare le “quindici proprietà” di Alexander affrontando il problema dell’ordine strutturale da un punto di vista leggermente diverso e complementare.

Tavola 1.1. Le tre leggi dell’ordine strutturale

• Legge 1. L’ordine alla scala più piccola è fondato su elementi contrastanti appaiati, esistenti in una tensione visiva bilanciata.
• Legge 2. L’ordine su larga scala è raggiunto quando ogni elemento si relaziona ad ogni altro ad una distanza tale da ridurre l’entropia.
• Legge 3. La piccola scala è connessa alla larga scala attraverso una gerarchia interrelata di scale intermedie in un rapporto di scala approssimativamente pari a e ≈ 2,7.

3.1. Ordine alla Piccola Scala.

Stabilirò una analogia con il modo in cui la materia è formata a partire da coppie contrapposte di componenti elementari. Dal vuoto quantistico emergente dalle coppie di particelle virtuali elettrone-positrone, ai nuclei formati da legami protone-neutrone con isospin opposto, agli atomi formati dai legami tra nucleo ed elettroni di carica opposta, la composizione della materia segue lo stesso schema di base. (Questi esempi sono tutti a livello subatomico, atomico e molecolare). La piccola scala consiste di elementi accoppiati con caratteristiche opposte legati insieme. Il legame è il risultato della complementarietà. L’accoppiamento mantiene gli opposti vicini l’uno all’altro ma non ne permette la sovrapposizione, altrimenti si annichilirebbero reciprocamente (cioè, si cancellerebbero); la loro vicina separazione crea una tensione dinamica. Avere elementi dello stesso tipo vicini l’uno all’altro, invece, non crea questo legame.

Applicare questo concetto all’architettura ci fornisce la Legge 1, che recita: “L’ordine alla scala più piccola è fondato su elementi contrastanti appaiati, esistenti in una tensione visiva bilanciata”. In un edificio, il contrasto locale identifica la scala più piccola, stabilendo così il livello minimo dell’ordine strutturale. Questa scala deve essere rilevante per l’osservatore: nelle aree dove le persone camminano, siedono o lavorano, il contrasto e la tensione sono necessari fino al dettaglio minimo percepibile; in aree distanti dall’attività delle persone, la “scala più piccola” [percepibile] sarà più ampia.

L’ordine strutturale è un fenomeno che obbedisce a proprie leggi. Connette la struttura costruita con quella visiva alla scala umana. I suoi principi costitutivi elementari sono le più piccole differenziazioni percepibili di colore e geometria. Nonostante le variazioni visibili alla piccola scala non siano necessarie per definire la struttura fisica, lo sono per l’ordine strutturale. Possiamo osservare tale aspetto nell’architettura e nella maggior parte degli oggetti realizzati prima del ventesimo secolo. I templi greci classici hanno dettagli contrastanti meravigliosi. Ciò era vero anche per il colore, ma col tempo la colorazione originale è andata persa. Per vedere un efficace uso del contrasto di colore, osservate le straordinarie pareti mosaicate in Iran, nella Spagna islamica e in Marocco, risalenti al quindicesimo secolo.

Dalla prima legge seguono alcuni corollari importanti.

• (1a) Gli elementi di base devono accoppiarsi reciprocamente. Cosi come le componenti fisiche elementari, le più piccole unità elementari devono avere forme che permettano loro di combinarsi in forme più complesse (vedi figura 1.1).

• (1b) Gli elementi di base sono uniti insieme da una forza a corto raggio, ovvero da una forza che è forte quando gli elementi sono vicini, ma che non ha effetto quando sono lontani. L’unico modo di applicare questo concetto alla geometria è quello di avere elementi ad incastro con caratteristiche opposte e contrastanti. Ci sono molti modi di ottenere un contrasto con i materiali: forma (convesso-concavo); direzione (zigzag); tonalità di colore (rosso-verde, arancio-blu, viola-giallo); e valori cromatici (nero-bianco) (vedi Figura 1.2).

• (1c) Gli elementi più piccoli ritornano a coppie opposte, proprio come i fermioni (una classe di particelle elementari). Quando le coppie di elementi si ripetono, non viene ripetuto un solo elemento ma una coppia, generando cosi una alternanza e non una semplice ripetizione (vedi Figure 1.2 e 1.3). Se un unico singolo elemento viene ripetuto, non si genera uno schema.

• (1d) L’idea del contrasto ritorna a scale differenti, e in effetti evita che il dettaglio riempia tutto lo spazio. Un’area ricca di dettaglio ha bisogno di opporsi ad un’area più vuota, e le due aree si combinano per formare una coppia contrapposta (vedi Figura 1.4). Allo stesso modo, aree e finiture realizzate grossolanamente sono il necessario complemento di quelle realizzate finemente.

Considerate il nucleo atomico, nel quale i protoni e i neutroni sono legati insieme dalla forza forte, che lavora attraverso lo scambio del pione virtuale [mesone π, N.d.T.]. Questo meccanismo inverte continuamente l’identità dei nucleoni. Un neutrone è capace di diventare un protone, e di invertirsi ulteriormente. Questa inversione è ciò che effettivamente lega fortemente entrambi per formare il nucleo: è difficile separare il protone dal neutrone all’interno del nucleo atomico, dato che non è possibile dire quale dei due sia l’uno o l’altro. Nel design, una coppia fondamentale di elementi complementari e contrapposti, come descritti nel sopracitato corollario (1b), deve possedere la stessa dualità. Affinché un oggetto e il suo spazio circostante siano effettivamente legati come coppia contrapposta, entrambi devono avere lo stesso grado di integrità strutturale. Ogni componente di una coppia contrapposta deve avere lo stesso grado di coerenza e complessità. Nel caso di un oggetto e del suo ambiente, ognuno deve dare forma all’altro, dotandolo di qualità complementari. Nel caso di un edificio, l’unione con lo spazio esterno non avviene attraverso una facciata continua, ma attraverso la geometria della sua planimetria cosi come progettata per accogliere lo spazio esterno. Questo processo ci porta alla definizione di spazio urbano.

Procederò in seguito a rivedere l’idea di contrasto dal punto di vista psicologico nel Capitolo 4, Il Valore Sensoriale dell’Ornamento, e dal punto di vista architettonico nel Capitolo 5, Vita e Complessità in Architettura nell’Analogia Termodinamica.

3.2. Ordine alla Grande Scala.

In fisica, quando oggetti non interagenti sono avvicinati tra loro, nulla accade. L’interazione, tuttavia, induce una riconfigurazione che conduce ad un maggiore ordine per le strutture di larga scala, e quindi ad una riduzione dell’entropia (disordine) (vedi Figura 1.5). Il disordine impedisce la formazione di un insieme integrato. La creazione dell’ordine può essere complesso quanto la crescita all’interno di un reticolo cristallino periodico, o semplice quanto l’allineamento degli aghi di una bussola o della limatura di ferro in un campo magnetico. Questo è il modo in cui le strutture cristalline si formano, le galassie condensano, etc. L’azione a distanza, sia essa elettrica, magnetica o gravitazionale, impone un ordine alla grande scala, caratterizzato da connessioni geometriche che non sono necessariamente rettangolari.

Una conseguenza del processo di organizzazione è l’apparizione di similitudini e di simmetrie tra diverse sotto-regioni. Questo aspetto dovrebbe essere utilizzato intenzionalmente in architettura per collegare tutti gli elementi di piccola scala in un insieme armonioso. La Legge 2 recita: “L’ordine su larga scala è raggiunto quando ogni elemento si relaziona ad ogni altro ad una distanza tale da ridurre l’entropia”. Questa regola fondamentale è sufficiente a generare ordine alla grande scala sia nel colore che nella geometria. Imitare le interazioni di lungo raggio attraverso l’orientamento e la similarità di unità spaziali separate determina l’ordine strutturale (vedi Figura 1.6). Non sto parlando solo della decorazione superficiale, ma di un autentico ordine degli elementi tettonici. Notate la distinzione con la prima legge: l’ordine alla piccola scala deriva da unità accoppiate che si toccano l’una con l’altra, mentre l’ordine alla grande scala deriva da unità in relazione che non sono vicine le une alle altre.

C’è una ragione molto valida per ridurre l’entropia, ad ha a che fare con il modo in cui gli esseri umani percepiscono una struttura. Ci risulta molto difficile comprendere (registrare consapevolmente) qualcosa che è disordinato. Al contrario, anche una struttura complessa può essere capita percettivamente se è resa coerente da rapporti e simmetrie [tra le parti]. Perciò possiamo concepirla come un intero, invece che come una moltitudine di pezzi senza relazione. Afferrare un insieme complesso aumenta la nostra conoscenza dell’ambiente circostante; viceversa, affrontare qualcosa che è troppo disconnesso da [sintetizzare e] comprendere, conduce facilmente alla frustrazione e all’ansia.

L’entropia termodinamica si riferisce alle diverse combinazioni dello stesso numero di particelle in funzione della loro probabilità di trovarsi in una delle combinazioni. L’entropia si applica all’ordine strutturale in una maniera leggermente diversa, dato che si riferisce a diversi stati con lo stesso numero di unità contrapposte. Possiamo confrontare diversi raggruppamenti degli stessi pezzi, tra ia quali alcuni sono più ordinati degli altri. L’ordine strutturale in architettura è inversamente proporzionale all’entropia di un numero prefissato di elementi interagenti. Più alta è l’entropia (disordine geometrico) tra le componenti disponibili, minore è l’ordine strutturale. Viceversa, più bassa è l’entropia, più alto sarà l’ordine strutturale. L’entropia di un progetto può essere ridotta riducendo localmente gli elementi contrapposti, ma ciò riduce anche l’ordine strutturale - sarebbe l’equivalente di eliminare le molecole in un gas (quindi riducendo l’architettura ad un vuoto minimalismo).

I corollari della seconda legge dimostrano come si può raggiungere l’ordine strutturale alla grande scala:

• (2a) L’ordine alla larga scala organizza le unità di base in combinazioni altamente simmetriche. Come nella cristallizzazione, l’entropia (disordine) è ridotta aumentando il numero delle simmetrie locali (vedi Figura 1.7). Le scale più piccole sono caratterizzate da un alto grado di simmetria, che non è tuttavia necessariamente richiesta alla scala più grande (vedi Figura 1.8).

• (2b) L’ordine strutturale è ottenibile anche disponendo i singoli elementi su una griglia comune (una matrice regolare), configurandoli come in un reticolo cristallino (ove gli elementi sono gli atomi ad ogni intersezione) (vedi Figura 1.9). La continuità degli schemi attraverso transizioni strutturali aumenta il grado di connettività. Se proviamo a ripetere uno schema non banale in regioni diverse, riusciamo a legare insieme queste regioni.

• (2c) In assenza di una forza fisica tra aree, le analogie visive connettono due elementi progettuali (porzioni di edificio) attraverso colori, forme e dimensioni comuni. L’ordine strutturale armonizza i contrappunti locali senza ridurli in alcun modo.

• (2d) Insistere sulla purezza “visiva” può distruggere le correlazioni in atto, dato che le connessioni rappresentano le strutture alla piccola scala. Queste possono essere interpretate erroneamente come impurità, e quindi eliminate. Invece, le imperfezioni sono utili e necessarie; cosi come nei cristalli drogati come il silicio, usato nei transistor, dove l’impurità migliora la struttura e gli conferisce utili proprietà come semiconduttore.

La seconda legge ci permette di capire facilmente l’interazione visiva tra due oggetti vicini ma tenuti separati, cosi come li vediamo nelle illusioni ottiche. Il cervello crea delle linee di connessione che sembrano tenere unite le geometrie delle due unità. Ora, se prendiamo due oggetti e tracciamo su carta le connessioni virtuali che vediamo, e se riproduciamo fisicamente queste connessioni con un materiale, le strutture risultanti resisteranno alle reali sollecitazioni fisiche. Ciò attribuisce una rilevanza fisica ad un fenomeno strettamente visuale. Sembra, cioè, che il cervello “veda” le corrette connessioni fisiche di una struttura coerente.

L’entropia di una modello ["design" : oggetto, progetto, modello, struttura, N.d.T.] è percepita dalla nostra innata abilità di visualizzare i legami. Gli spazi principali di ogni edificio, e le loro relazioni con tutti gli altri, sono governati dai rapporti reciproci tra tutte le pareti ed ogni altro elemento strutturale. Alcune dimensioni e combinazioni sembrano entrare in “risonanza” quando tutte le componenti interagiscono armoniosamente. Queste corrispondono agli stati di minore entropia. Gli aggiustamenti subiti da una struttura complessa per ridurne l’entropia sono esattamente congrui con i processi che conducono alla generazione delle forme naturali.

Il concetto di entropia è discusso più avanti nel Capitolo 5, Vita e Complessità in Architettura nell’Analogia Termodinamica; e la formazione dei modelli nel Capitolo 6, Architettura, Modelli, e Matematica.

3.3. La Gerarchia graduale naturale.

La terza legge dell’ordine strutturale sostiene l’idea dell’omogeneità di scala, che è ciò che lega insieme le gerarchie. La Legge 3 recita: “La piccola scala è connessa alla larga scala attraverso una gerarchia interrelata di scale intermedie in un rapporto di scala approssimativamente pari a e ≈ 2,7”. Le superfici interagiscono; cosi facendo esse generano una suddivisione della struttura visibile; ciò che bisogna fare è definire le strutture alla giusta scala, e collegarle insieme (vedi Figura 1.10). Le strutture a scala diversa devono avere dimensioni abbastanza vicine in modo che possano correlarsi a vicenda, e il legame si stabilisce mediante analogie strutturali, ad esempio mediante ripetizione di forme e schemi (vedi Figura 1.11).

L’argomentazione fisica, in questo caso, è che le forze materiali sono manifestamente diverse a scale diverse. La forma delle strutture naturali è influenzata dagli stress, dagli sforzi e dalle fratture nei solidi, e dalle turbolenze nei fluidi in movimento. La materia non è uniforme: appare totalmente differente se ingrandita 10 volte o più, e ad ogni possibile ingrandimento esiste sempre qualche struttura percepibile. Se vogliamo trovare il rapporto di scala per il quale due scale diverse sono ancora correlate empiricamente, tuttavia, troveremo che questo rapporto è pari a circa a 3, e più esattamente vicino a 2,7. Nella geometria frattale ci sono molti e diversi frattali artificiali generati da algoritmi e hanno diversi rapporti di scala. Ma gli schemi dei frattali auto-simili di Koch, Peano e Cantor, che maggiormente si avvicinano agli oggetti che troviamo in natura, hanno un rapporto di scala pari a 3 o √7 ≈ 2,65 ( Citation: Mandelbrot, 1983 Mandelbrot, B. (1983). The Fractal Geometry of Nature. Freeman. ) , a sostegno del fattore di scala di 2,7 che qui propongo.

Quanto esposto in questo capitolo è solo il preludio ad altre più dettagliate discussioni nei Capitoli seguenti. La gerarchia e la scala sono argomenti oggetto del Capitolo 2, Una Base Scientifica per Creare Forme Architettoniche; del Capitolo 3, La Cooperazione Gerarchica in Architettura: la Necessità Matematica della Decorazione; del Capitolo 7, La Pavimentazione come Espressione della Mente Frattale; e del Capitolo 8, La Modularità e il Numero delle Scelte di Progetto.

Queste argomentazioni possono apparire a prima vista completamente soggettive, eppure rivelano un principio scalare fondamentale visibile nelle strutture biologiche. Il segreto della crescita in biologia è l’aumento scalare, sia attraverso una sequenza di Fibonacci, sia attraverso una sequenza esponenziale (generata da \(e ≈ 2.7\) ). Una crescita ordinata è possibile solo se esiste un semplice processo di scalatura che permetta ai processi di replicazione di ripetersi per creare strutture a livelli differenti. Quindi, devono esistere scale diverse e devono essere correlate, preferibilmente da un solo parametro. Usando il rapporto di scala \(e\) come parametro, risolviamo sia le strutture naturali e artificiali (i.e. edifici e oggetti).

Prendete una vista di un edificio come vista bidimensionale. Quindi decidete se misurare aree o dimensioni lineari, a seconda della situazione. Sotto-strutture differenti (suddivisioni) aventi circa la stessa grandezza saranno raggruppate [in un insieme] alla stessa scala, e seguiranno scale diverse in base agli insiemi di elementi alle diverse grandezze [ovvero, si può immaginare una “scala” come un “insieme” contenente oggetti, o gruppi di oggetti, della stessa grandezza, N.d.T.]. Il numero di scale diverse sarà denominato con N. Chiamiamo la scala maggiore xmax e la minima scala percepibile con xmin. Una forma con un ordine strutturale avrà n gruppi di subunità con dimensioni corrispondenti ad ogni elemento della seguente sequenza di scale:

Queste sono le dimensioni delle componenti di progetto, ordinate dalla più piccola alla più grande. L’equazione (1) vi permette di calcolar queste dimensioni. La scala più piccola ha dimensione \(x_{min}\) , quella successiva \(2,7 x_{min}\) , quella ancora successiva \((2,7)^2 x_{min} ≈ 7,3 x_{min}\) , e cosi via, aumentando di potenza 2,7 fino al valore \(x_{max}\) . E’ possibile risolvere l’ultimo termine della sequenza di scale dell’equazione (1), \(e^{n-1} x_{min} = x_{max}\) , per n (vedi la derivazione nel prossimo Capitolo). Questo correla il numero ideale di scale n alle dimensioni più piccola e più grande (nelle stesse unità di misura). Abbiamo quindi:

Qui, n è il valore dell’intero più vicino. Una misura dell’ordine strutturale è data da quanto il numero ideale di scale n dato dall’equazione (2) si avvicini al numero N delle diverse scale in una struttura. L’indice teorico n è la mia ipotesi per il numero ideale di scale in un edificio, laddove N è il numero di scale visibili nell’edificio realmente costruito, e questo numero può variare sensibilmente. Confrontare quanto N sia vicino a n ci dice solo se esiste una scala gerarchica naturale; non ci dice se esistono similarità che legano effettivamente insieme le diverse scale, che è un ulteriore requisito per raggiungere un ordine strutturale. Tuttavia, questo numero ci offre una prima profonda comprensione delle mancanze progettuali di molti edifici.

Ad esempio, un edificio di tre piani con dettagli di 2,5 cm (1 pollice) richiede che il numero ideale di scale sia circa 7 (calcolato con l’equazione (2), con 34 piedi ≈ (2,7)6 pollici). In molti edifici, tuttavia, N è più vicino a 2, indipendentemente dalla loro dimensione, perché non ci sono volutamente strutture alla scala piccola e intermedia. Questi edifici tendono ad essere “puri”, nel senso che possiedono ampie superfici vuote. All’altro estremo, alcuni edifici con strutture non organizzate di molte dimensioni diverse possono avere N più grande del numero ideale di scale n. Ciò non va bene ugualmente. Un edificio con una gerarchica scalare naturale, indipendentemente dal suo aspetto, dovrebbe avere N molto vicino al numero ideale di scale n.

Ci sono vari corollari alla terza legge.

• (3a) Ogni unità (suddivisione, sotto-struttura) sarà inclusa in un’unità più larga, appartenente alla dimensione scalare gerarchica successiva. Ciò porta naturalmente ad avere un confine o una cornice più grande per ogni elemento in progetto. L’intero progetto è una gerarchia di ampi confini all’interno di altri confini.

• (3b) Come già ricordato, analogie di forma dovrebbero collegare insieme le diverse scale; ad esempio, la stessa curva o motivo, ripetuti a diverse dimensioni.

• (3c) Le diverse scale possono definire un gradiente (anche “progressione”, N.d.T.) attraverso la concentrazione di forme simili alle diverse scale, come nei processi di annidamento. Ogni edificio richiede una progressione verso il punto di entrata, cosi come per altri gradienti funzionali, e questi si ottengono meglio quando corrispondono a gradienti costruttivi definiti da un rapporto scalare.

(3d) Un edificio deve essere inserito nel contesto in modo da adattarsi alla gerarchia scalare delle dimensioni urbane esistenti. L’ambiente circostante e gli altri edifici definiranno le scale più grandi della gerarchia.

L’emergere di un ampio confine o cornice, conseguenza del corollario (3a), obbliga un oggetto interagente ad avere un confine di dimensioni simili all’oggetto stesso. Ad esempio, un quadrato incluso concentricamente in un altro quadrato ha un rapporto di area pari a \(A_2/A_1 = e\) . Questo ci porta ad avere un rapporto tra la larghezza del bordo e la larghezza del quadrato più piccolo pari a \(w/x = √e - 1)/2 ≈ 0,32\) (vedi Figura 1.12). Il valore è circa pari a 1/3. Un’altro esempio viene dalla fisica. Il campo magnetico attorno ad un dipolo magnetico sferico di raggio R si estende all’infinito, ma la regione efficace del campo forte è comparabile alle dimensioni del magnete. La potenza del campo lungo l’asse si riduce ad 1/10 del valore alla superficie a 2,15R, risultando lo spessore del campo 0,58 volte il diametro del magnete ( Citation: Jefimenko, 1989, p. 493 Jefimenko, O. (1989). Electricity and Magnetism, 2nd. Edition. Electret Scientific Co. ) . In questo modo, il campo di un magnete definisce un ampio confine attorno ai poli del magnete.

4. UNA CLASSIFICAZIONE DEGLI STILI ARCHITETTONICI.

Le tre leggi dell’ordine strutturale qui rappresentate e i loro dodici corollari appaiono negli edifici storici e nei manufatti di ogni parte del mondo, attraverso più di quattro millenni di civilizzazione fino al ventesimo secolo ( Citation: Fletcher, 1987 Fletcher, S. (1987). A History of Architecture, 2nd. Edition. Butterworths. ) . Questa è una conferma essenziale della validità delle scoperte sopra descritte. Ho utilizzato argomentazioni dalle discipline della fisica, per ottenere risultati pratici per l’architettura, che corrispondono alla realtà. Le spiegazioni in questo Capitolo confermano risultati già stabiliti da Alexander nel campo strettamente architettonico ( Citation: Alexander, 2004 Alexander, C. (2004). The Nature of Order. Center for Environmental Structure. ; Citation: Alexander, Ishikawa & al., 1977 Alexander, C., Ishikawa, S., Silverstein, M., Jacobson, M., Fiksdahl-King, I. & Angel, S. (1977). A Pattern Language. Oxford University Press. ) .

Gli architetti, lungo il corso della storia, inclusi alcuni primi modernisti, avevano probabilmente una conoscenza intuitiva delle tre leggi qui proposte. Queste leggi generali sono alla base delle varie forme progettuali e costruttive che imitano la bellezza e l’ordine strutturale che si trova in natura. I Modernisti, tuttavia, si sono sforzati di produrre costruzioni che contrastavano con la natura. L’effetto shock di qualcosa di innaturale ha fornito agli edifici modernisti un carattere di novità. Per raggiungere questo effetto, essi tendono a fare l’opposto di ciò che dicono le tre leggi.

Gli edifici del ventesimo secolo riducono al minimo alcune componenti dell’ordine strutturale. Alcuni hanno una imponente simmetria generale, che è arbitraria, ma nessuna delle necessarie simmetrie alla piccola scala. Spesso, sia la struttura sia la funzione sono deliberatamente nascoste. L’ordine strutturale alla piccola scala, come ad esempio espresso dalla decorazione, è proibito. Potrebbe non esserci alcuna differenziazione negli spazi; contrasto tra esterno e interno, o contrasto tra aree calme e vivaci, o tra aree con funzioni diverse. Se esiste qualche ripetizione, questa è probabilmente monotona e senza componenti contrastanti (vedi Figura 1.13). La maggior parte, se non tutte, delle componenti di un edificio possono esistere isolatamente, e non interagire in alcun modo. Le connessioni tra le regioni sono spesso eliminate. Scale diverse sono ammesse solo se il rapporto di scala è pari a 15 o più (ampiamente eccedente il rapporto di scala suggerito di circa 2,7), e quindi le scale sono visivamente disconnesse (vedi Figura 1.14). Non esistono bordi spessi, cornici, o confini connettivi, dato che le superfici preferite sono lisce e pure, e possiedono bordi diritti e angoli taglienti. Infine, ogni ordine naturale o esistente (anche “contesto esistente o strutture naturali”, N.d.T.) è normalmente raso al suolo prima dell’edificazione, riducendo cosi le possibilità di connessione con l’ambiente circostante.

Tutti gli stili architettonici si distinguono grossolanamente in due gruppi: tradizionale e modernista (inclusi i successori del modernismo).La distinzione si basa sul fatto che seguano o meno le tre leggi dell’ordine strutturale e non ha niente a che fare con l’età o il contesto storico degli edifici. Molte persone istintivamente distinguono gli edifici tradizionali dai moderni basandosi sul proprio sentimento, ma, senza un insieme di regole scritte, non c’è mai stato un modo sistematico di farlo. E’ anche possibile valutare uno stile “misto” o ibrido analizzando quali leggi e sotto-leggi esso segua, e quali esso deliberatamente contraddica, e il grado in cui lo fa. Gli edifici modernisti più amati, ad un esame più attento, appaiono seguire alcune delle leggi che portano all’ordine strutturale.

In verità, sembra che la classificazione degli stili architettonici sia più complessa di quanto proposi originariamente quando questo Capitolo fu pubblicato la prima volta come articolo. Mentre la maggior parte degli stili precedenti il ventesimo secolo si raggruppano nella stessa regione “tradizionale” dello spazio delle soluzioni, esiste un infinito numero di stili che divergono da questa regione. Ovvero, non c’è un unico “opposto” all’architettura tradizionale. Questo punto è analizzato più in dettaglio nel Capitolo 5, Vita e Complessità in Architettura nell’Analogia Termodinamica, che sviluppa una classificazione più sofisticata degli stili architettonici.

La comunità architettonica distingue gli stili architettonici in base all’utilizzo di materiali tradizionali come la pietra e il mattone, al contrario dei moderni materiali industriali come l’acciaio, il vetro e il calcestruzzo leggero rinforzato. I miei risultati mostrano che questa distinzione non è molto rilevante, dato che gli edifici che seguono o contraddicono le tre leggi possono essere realizzati con ogni materiale. A dir la verità (e approfondiremo questo punto più avanti) i materiali industriali permettono di ignorare le tre leggi più facilmente, se questo è l’intento dell’architetto. Viceversa, alcuni dei più belli edifici Art Nouveau, che seguono le tre leggi, sono stati realizzati grazie all’uso di materiali industriali ( Citation: Russel, 1979 Russel, F. (1979). Art Nouveau Architecture. Arch Cape Press. ) .

5. L’ANORMALITA’ DEGLI EDIFICI CONTEMPORANEI.

Questa sezione tratta due criteri per scegliere tra tipologie architettoniche concorrenti: la risposta emotiva ad un edificio; e la profonda connessione tra l’ordine strutturale e la natura. Il Modernismo fu inventato negli anni ‘20 da un gruppo di uomini che sostenevano idee politiche e filosofiche estreme ( Citation: Blake, 1974 Blake, P. (1974). Form Follow Fiasco. Little, Brown and Co.. ; Citation: Wolfe, 1981 Wolfe, T. (1981). From Bauhaus to Our House. Farrar Straus Giroux, New York. ) . Erano ossessionati dall’urgenza di rompere completamente con l’esistente ordine storico. Il loro scopo era trasformare la società attraverso costruzioni che sfidassero la natura, andando inavvertitamente contro agli istintivi sentimenti di bellezza delle persone, e questo si è riflesso nei loro edifici.

Nella Sezione 4 di cui sopra ho sostenuto che gli effetti (anche “risultati progettuali”, N.d.T.) dell’architettura modernista dipendono da regole che sono logicamente opposte alle tre leggi dell’ordine strutturale, che si trovano nell’architettura tradizionale. Tuttavia, anche la fisica moderna ha costituito una rottura dalla fisica classica, ma ciò non significava che si dovesse eliminare l’una o l’altra. La differenza importante è che la fisica moderna è sopravvissuta perché concordava con gli eventi sperimentali. Oggi, la fisica moderna e classica coesistono armoniosamente. Questo paragone tra la fisica e l’architettura evidenzia una mancanza nell’attuale sistema di conoscenze architettonico: la mancanza di una base sperimentale o qualcosa di analogo, che possa validare cosa sia importante per la disciplina ed eliminare ciò che è irrilevante.

5.1. Le basi emozionali dell’architettura.

Gli edifici di successo, indipendentemente dallo stile, hanno una qualità prevalente: trasmettono naturalezza e comfort. Gli esseri umani si relazionano con l’ambiente circostante alla piccola scala (dato che è più immediato) e sentono la necessità di essere rassicurati rispetto alle strutture di grande scala. Esiste una reazione umana innata ai pericoli provenienti dall’ambiente, e le strutture minacciano il nostro senso primordiale di sicurezza quando appaiono innaturali. Un edificio, indipendentemente dalla forma o dall’uso, è percepito come piacevole quando si instaura con esso una connessione emotiva, e questo è possibile solo quando l’edificio ha un alto grado di ordine strutturale. La percezione di un ordine strutturale come stato emotivo positivo è indipendente dalle opinioni, dalla moda o dallo stile.

Il benessere emozionale può essere usato come criterio sperimentale per valutare l’efficacia di una struttura. Noi ci relazioniamo immediatamente con i dettagli di un progetto o di una costruzione perché le connessioni con la piccola scala sono un’esperienza emotiva [diretta, N.d.T.]. Viceversa, percepire la struttura complessiva spesso richiede un ragionamento, che è un processo prevalentemente intellettuale. Secondo le tre leggi dell’ordine strutturale, la nostra relazione con l’ambiente costruito avviene dalla piccola scala, attraverso le scale intermedie, e finalmente alla scala più grande - e riesce solo se le scale sono interconnesse. La descrizione di come le scale sono interconnesse tra loro sarà l’oggetto dei prossimi due Capitoli.

Il fondamentale bisogno umano di un ordine strutturale alla piccola scala emerge in ogni oggetto ed edificio realizzato prima del ventesimo secolo. Gli ideologi del Modernismo come Adolf Loos, tuttavia, attaccavano implacabilmente l’ordine alla piccola scala definendolo “criminale”. Questa descrizione rappresenta una estrema e esagerata reazione all’ornamento del diciannovesimo secolo. La soluzione all’eccessiva decorazione non è quella di mettere al bando interamente il dettaglio organizzato; ma è quella di trovare il dettaglio giusto e l’ornamento di piccola scala necessari per correlare le forme più ampie e per definire il numero ideale di scale in una struttura. Il dettaglio organizzato, posizionato correttamente, stabilisce un benessere emozionale perché contribuisce all’ordine strutturale.

Alcuni architetti sminuiscono il fondamentale bisogno umano di vivere e lavorare in un ambiente psicologicamente confortevole, subordinandolo a questioni puramente formali. Secondo loro, un individuo non ha diritto di aspettarsi comfort emozionale negli edifici. Questi architetti si focalizzano nell’introdurre angoli netti, bordi metallici ed enormi sporgenze aggettanti, come parte di un nuovo vocabolario progettuale [lett. “di design industriale”, N.d.T.], ma questi creano un disagio emozionale. La loro tipologia formale insiste inflessibilmente su linee diritte, anche in situazioni dove le curve sarebbero più appropriate. Ciò non accade sempre per ragioni funzionali, ma spesso queste soluzioni lavorano contro le necessità funzionali in quegli edifici.

E’ noto, da studi in psicologia ambientale, che molti edifici del ventesimo secolo fanno sentire i loro residenti a disagio. L’istinto umano cerca di ridurre il danno alla sensazione di benessere mentale contro il disagio causato da uno spazio circostante non confortevole. Abbiamo dei meccanismi analoghi al nostro istinto per evitare il dolore fisico, i quali proteggono i tessuti del nostro corpo dai danni. Gli architetti non sono mai stati seriamente attenti al bisogno di benessere emozionale nello scenario architettonico: qualcosa di vitale nella coscienza umana potrebbe essere danneggiato da un ambiente che ignora le tre leggi dell’ordine strutturale.

5.2. L’unicità dell’ordine strutturale.

Ad oggi, nel mondo, ci sono due concezioni opposte dell’ordine strutturale. A molti architetti è stato insegnato a pensare l’“ordine” nei termini architettonici del primo modernismo: simmetrie bilaterali di larga scala, forme rettangolari, ampie superfici vuote, bordi lineari e angoli ortogonali, etc. Questo è un tipo di ordine geometrico basato sulla semplicità e l’astrazione, come dimostrato dalle immagini popolari e dalle forme costruite con le quali siamo cresciuti. Questo Capitolo suggerisce che l’ordine strutturale del nostro mondo, come mostrato dalla scienza, è molto più complesso ed è contraddetto dal moderno ambiente costruito. La logica non può accettare due definizioni mutualmente contraddittorie di ordine strutturale, cosa che impone che le leggi dell’ordine strutturale siano uniche. Ci sono schiaccianti prove scientifiche che supportano ciò che sto proponendo, ed ogni concezione di ordine strutturale deve concordare con i punti definiti in questo Capitolo.

Come indicato prima nella Sezione 3, gli esseri umani possono visualizzare intuitivamente le connessioni. Questa innata abilità ci ha permesso di sviluppare l’architettura nelle nostre prime fasi evolutive. La mente stabilisce schemi e connessioni non solo tra gli oggetti ma anche tra idee e concetti. Per un fisico, la nostra innata nozione intuitiva di ordine strutturale sembra emergere dalla stessa fonte da cui nasce la nostra abilità di ragionare e di fare fisica. Questa nostra abilità, tuttavia, non è più coltivata. O ereditiamo un’idea innata di ordine strutturale, o la impariamo dal nostro ambiente. Nel tardo ventesimo secolo le persone sono circondate da strutture che violano le tre leggi dell’ordine strutturale, eppure viene loro continuamente ricordato (dagli architetti e dai media) che quegli edifici rappresentano il solo vero “ordine” appropriato per i nostri tempi. Se, come qui sostenuto, le leggi dell’ordine strutturale sono uniche, allora quegli edifici reprimono l’idea dell’ordine strutturale che abbiamo ereditato (non dalla nostra cultura, ma dalla nostra costituzione fisiologica). La conseguenza di tutto ciò è che la nostra abilità di percepire le connessioni viene disorientata (ed eventualmente, danneggiata), anche in campi differenti dall’architettura.

Le basi strutturali e fisiologiche dell’ordine sono analizzate più avanti nei Capitoli dal 2 fino all'8. Le idee inizialmente espresse con qualche esitazione in questo Capitolo hanno dato inizio a ricerche che hanno generato il resto di questo libro. Le domande fondamentali qui emerse riguardo l’ordine strutturale troveranno una risposta nei Capitoli seguenti.

6. CONCLUSIONI.

Ispirate dal lavoro di Christopher Alexander, tre leggi dell’ordine strutturale sono state postulate a partire da analogie fisiche di base. Queste leggi si sono dimostrate scientificamente valide a prescindere da ogni moda, opinione o stile architettonici. Le forme naturali hanno una complessità interna ordinata che imita i processi fisici interagenti, e ciò si riflette nei grandi edifici storici di tutto il mondo e nell’architettura vernacolare. Le tre leggi qui presentate sono assolutamente pratiche e possono infine essere utilizzate per creare edifici la cui coerenza si riflette in una intensa bellezza fisica ed emotiva.

Alla fine del ventesimo secolo, l’espressione contemporanea dell’architettura generata dai principi modernisti domina il mondo intero. Questo Capitolo ha mostrato che tale architettura si oppone deliberatamente alla natura minimizzando alcune componenti dell’ordine strutturale, e cosi facendo vìola profondi aspetti emozionali che sono intrinsecamente parte della nostra coscienza. Fino ad ora, le persone sono state frustrate dall’eliminazione dell’ordine strutturale dal loro ambiente e dalla imposizione di edifici che li fanno sentire a disagio. I risultati mostrati dovrebbero convincere le persone che la loro percezione intuitiva di bellezza architettonica è corretta, e che è ancora possibile realizzare un ambiente costruito confortevole e ristoratore.

Bibliografia