刮擦，刮擦，刮擦。威廉·卡塔沃洛斯在纸上刻画他的想象的微弱声音，盖过了布鲁克林普拉特学院他巢穴里水泵移动数千加仑水的呼啸声和砰砰声——一个混凝土砌块的地下室，头顶蒸汽管道嘶嘶作响，空气中弥漫着淡淡的泳池氯气味。卡塔沃洛斯的毡尖笔正在一块方便的笔记本纸上刮擦，用宽大的笔触勾勒出管道和拱门、水池和柱子。
卡塔沃洛斯在没有笔和纸的情况下无法解释任何重要的事情。任何纸都可以：黄色的、白色的或带横线的，笔记本或废纸。他一边画一边讲：社会运动、庞大的规划社区、惊喜和革命。他的抱负很大，就像他的社交圈一样，从物理学家J.罗伯特·奥本海默和理查德·费曼，到抽象表现主义画家马克·罗斯科和罗伯特·马瑟韦尔。他的谈话轻松地从爱因斯坦的理论转向爱因斯坦本人（“一个大人物；人们似乎认为他很矮小，出于某种原因”）。
他说，建筑正处于材料、工程技术和基本概念划时代变革的边缘，这将使下个世纪的建筑与我们目前的建筑截然不同，就像摩天大楼与希腊神庙的差异一样。他说，新建筑将是“有机的”——由柔软的凝胶和纤维通过基因工程制成，像肉体一样柔软灵活。他想象着漂浮的城市，在飓风中倒塌，然后在风平息后重新恢复；他设想地板上长出椅子，完美地适应需要它们的人的身体。“建筑史上只有两个时代，”他宣称。“希腊-罗马是一个；哥特式是另一个；有机主义是下一个。”他说，那将是一个建筑像肺一样膨胀和收缩的时代，废水像血液通过肾脏一样被强制通过过滤器，房屋的质量是一种由心脏般的水泵推动的温暖流体。
卡塔沃洛斯是建筑界的梦想家之一，他们描绘着一个更生态、更美观的未来——有时在电话账单和餐巾纸背面，有时在木材、水泥和塑料中。他们是像已故的巴克明斯特·富勒（测地线穹顶的创造者和拥护者）那样的个体；他们是像新炼金术研究所那样的团体，该研究所在科德角的一个12英亩实验基地汇集了环境兼容的建筑、机械和农业。他们的努力甚至催生了一个新领域——仿生学——其前提是人类可以通过理解和模仿蜘蛛织丝或牡蛎造壳的方式来创造更好的材料和结构。
卡塔沃洛斯的方法更进一步。他说，向大自然学习的最佳方式是使用它最喜欢的建筑材料：水。这就是为什么他15×40英尺的地下研究实验室里充满了用少量塑料、少量木材和大量H2O制成的圆顶、拱门和柱子。这些结构是他希望很快根据他的“水力”原理建造的那种全尺寸房屋的部件。“我正在努力开发一个首先是‘有机机器’的系统，其部件就像心脏、肺、肝、肾一样。然后我试图让它只用一个真正好的水泵就能完成所有工作——通过墙壁泵水、加热、将热水输送到需要的地方、强制用过的水通过过滤器等等。”卡塔沃洛斯说，我们已经知道足够的信息，可以用除淡水以外的很少材料建造大型实用建筑，并围绕水库设计整个社区，除了提供建筑材料外，水库还将养鱼和浇灌菜园。
作为普拉特建筑学院的工业设计师和教授，卡塔沃洛斯在他70岁的人生中至少有45年一直在勾勒这些愿景，并通过用废料和一些从五金店购买的东西建造结构来追求它们。例如，一个10英尺宽的充满水的实验性圆顶，实际上是一个倒置的卫星天线，他和他的学生在普拉特（一所位于布鲁克林世纪之交砖砌建筑中的107年历史的机构）已解散的工程学院屋顶上发现的。事实上，实验室本身就设在该学院解散后腾出的空间里。“这不是低预算研究，”卡塔沃洛斯说，“这是零预算研究。”
尽管如此，他还是设法拼凑出了一些可行的原型。在混凝土地下室的地板上，有一个八角形的深2.5英尺、宽16英尺的水池，容纳着大约250加仑的水，内衬着聚乙烯，就是画家用来铺设防尘布的透明塑料材料。水池内有八根六英尺高的立柱，通过横撑和横梁连接成一个直径十英尺的骨架八边形。骨架上披着另一块巨大的透明薄片——这次是乙烯基，它更柔软——用订书钉固定在立柱底部，水面之下。一根粗大的蓝色软管在水下蜿蜒进入内八边形的中间，其中一端在水面之上弹出。卡塔沃洛斯将软管的另一端连接到一个他在接管地下室房间时发现的半马力水泵。“他们本来要扔掉它！”他惊呼道，“它太适合这项工作了。”他转动一个杠杆。水泵开始轰鸣。
水泵并没有将任何东西压入被塑料包裹的空间；它正在抽空空气，形成真空。这样做是将水从水池抽入内八边形内部的空间。随着真空变得更强，塑料内部和外部的压力差变得更加明显。由于外部大气压力作用，塑料片开始拉伸；墙壁开始向内弯曲；顶部开始类似于一个八边形的圆底碗。
尽管结构的“屋顶”被向下推，但它的“地板”——水池所处的聚乙烯薄膜——正在上升，形成一个镜像曲线。“真空不仅在八边形顶部形成了一个碗；它还在底部形成了一个圆顶。”卡塔沃洛斯说，“大气压力将水推入那个排空的空间并将其完全填满，同时整个膜片被吸入骨架之间和周围。”当塑料在木材的缝隙之间拉伸时，它形成了奇特的完美曲线，这些曲线可以通过上升的水清晰可见。“我们免费得到了这些形状，”卡塔沃洛斯说，“如果你需要工程设计，要得到一个如此完美的锥体将花费你一大笔钱。但我们只是让它自然发生。”
一旦水填满了真空，是什么让它保持在上面呢？卡塔沃洛斯翻过当天邮件中一个法律尺寸的马尼拉信封，开始画图。刮擦，刮擦。强劲而粗犷的笔触画出了一个倒置的玻璃杯，杯口浸在水盘里。然后他画了一根细软管从玻璃杯里伸出来。“你从这里吸出空气，”他说，“制造一个真空。大气压力将水推入玻璃杯。”他在玻璃杯下面画了一个薄而透明的方形。“如果你在这里插入这层膜，它也会被大气压力向上推，那个拱形就会保持不动。只要真空保持，你就永远不会失去它。”
他说，这种效果可以在任何厨房里用一个几乎装满水的玻璃杯和一块保鲜膜来演示。你甚至不需要制造真空；一旦你把杯子装满，你就完成了真空的工作。只需把保鲜膜紧紧地封在杯口上，把杯子倒过来，然后把保鲜膜向上推成一个小圆顶。常识告诉你，当你放开手时，杯子里的水会把拱形压下来，保鲜膜会在杯口下方鼓出来。但事实并非如此。拱形之所以能保持，是因为将塑料向上托住的空气压力实际上比水向下压它的力量更强大。“我们头顶上有60英里的大气层向下压，”卡塔沃洛斯解释说，“这给我们每平方英寸15磅的自由能。我们无需为固定圆顶的力付费。这就是为什么我们用吸尘器抽水如此容易的原因。最初的几英尺几乎是免费的。”
确实，大约33英尺的水压才相当于60英里大气层施加的压力。理论上，卡塔沃洛斯说，这意味着大气压力可以托起一个33英尺高的充满水的圆顶；但要将水提升到那么高，最初就需要消耗过多的能量。“大约15英尺是提升水的实际极限，”他说。“我喜欢这个限制。这就像纽约这里的褐石房屋的限制一样。它们不能超过五层楼高，因为没有人愿意爬超过四层楼的楼梯。”（有趣的是，纽约市建筑中提升水的实际限制只有六层楼——水从纽约州北部的水库下降，在旅途中积累足够的能量，无需水泵的帮助就能达到那么高。）
当然，一旦大气压力将水压入卡塔沃洛斯的结构中，仍然需要有东西来承受它的重量。“如果你要承载那个重量，你就必须支撑它，”卡塔沃洛斯说，“有一个自重必须分布。这不是反重力。”而且，每立方英尺62.4磅——“这是重物，”卡塔沃洛斯说——水需要大量的支撑。
他解释说，塑料之所以能胜任这项工作，是因为负载均匀地分布在一个大面积上。“我们对每一厘米的纤维都施加了相同的拉力，”他说，“如果我们只在一个点上施加拉力，你几乎会立即超出材料的极限——它会像口香糖一样拉伸变形。”卡塔沃洛斯实验水箱中充满水的鞘膜就像一个反向的气球。气压从外部而非内部推动和拉伸它使其绷紧。塑料的紧绷度、张力，以及水在各处以相同强度回推，使得卡塔沃洛斯能够用几根两乘四的木材悬挂数千磅的水。塑料承受着水的重量，就像悬索桥上绷紧的缆索承受着路面的重量一样。事实上，就像这些缆索将路面的重量传递给桥塔——再传递到地面一样——绷紧的塑料将数千加仑水的负载传递给木制框架。
大气压力和承重张力都很好，但是如何利用这些原理来建造房屋呢？卡塔沃洛斯抓起一张便条纸。刮擦，刮擦，刮擦。他画出了旁边那个八角形的水箱。“一旦我们制造了真空，塑料就会被吸入，下面的塑料就会自动被拉起，”他开始说。他在水箱下面画了一个火柴人，水箱就变成了一个屋顶。“所以这就是我的圆顶。它可以是任何宽度，但由于实际限制，它不能超过14或15英尺高。”
实际上，房屋的供水并非来自水池，而是来自八英尺高的水柱，屋顶水箱将搁置其上。卡塔沃洛斯勾勒出这些水柱。几条额外的线条，他就增加了柱子之间一英尺厚的水墙。
接着，他把注意力转向了水箱顶部塑料中形成的碗。“这可以成为这里雨水的蓄水池，”他说，“尽管我们会用淡水填充它——那会形成一个太阳能池。”他在碗上画了一系列同心相连的环。“这将是黑色水管盘绕在聚苯乙烯上。黑色水管会吸收太阳的热量。它底部会有孔，以便热水慢慢渗入下面的蓄水池。”
卡塔沃洛斯声称，用水建造可以节省大量的资金。“建筑的大部分成本在于将材料运到现场，”他说，“你必须切割、开采、铸造或伐木，然后运输。”然而，水在大多数地方都普遍存在；卡塔沃洛斯声称，即使在沙漠中，早晨的凝结水也可以收集到足够的量，以补充水库蒸发的水量。
卡塔沃洛斯指出，水除了廉价易得之外，还非常重，以至于在恶劣天气（如飓风）中，他的建筑物的表现会更像石头而非木材。而且水对声音也有很好的隔绝作用。“两到三英寸的水在声学上就像石头，”他说。至于偷窥者，在水墙中添加一些染料就能解决问题。
所有这一切都将使他的水结构成为“绝佳的临时住所”，他说——特别是对于洪水受害者来说，他们将有大量的材料可供使用。但这些结构也可以为更永久的建筑提供基础——甚至为社区提供基础。他设想，房屋主要由水构成，环绕着一个水库。每个房屋都有其令人印象深刻的圆顶，由电动水泵，甚至屋顶上的风车，通过墙壁和柱子抽水供应。水将由屋顶上吸收阳光的黑色水管盘管加热，并通过房屋下方的通道从浴室和厨房输送到过滤器进行净化和回收。在中央水库中甚至可以进行养鱼。
卡塔沃洛斯的设想不仅包括墙壁中的过滤器，用于去除尿液中的盐分和酸，还在房屋下方设有一个堆肥堆，用于厨余垃圾和排泄物；他已经在地下实验室用狗粪测试了一个小型模型。还有一套由盐水、柠檬汁和金属条制成的粗制电池：它们是水电池的原型，将用于水墙中。“我们从它们那里获得了大约1.5伏特电压，”卡塔沃洛斯说，“我们可以获得更多，但我们根本没有花足够的时间在它们身上。”
还有更多。墙壁里有气囊而不是架子怎么样？“与其往墙上加东西，不如把东西放进墙里！你可以有会膨胀和收缩的房间——晚上膨胀，白天收缩的卧室！”卡塔沃洛斯继续说，“你可以为奶奶加一个房间，等她离开时再把它收起来！”他坚持认为，这样的家会像斯卡斯代尔的传统房屋一样舒适——尽管可能需要一段时间才能习惯尿液在墙壁中流淌，然后被过滤和回收的想法。（“不过颜色很可爱，”卡塔沃洛斯说，“像霞多丽一样。”）很快就清楚了，这个简单的草图不仅仅代表了一种新型建筑，更代表了一种新型文明。
不过，审美并非全然新颖。八角形水箱旁边矗立着两根八英尺高、两英尺宽的柱子，由枫木撑杆包裹在聚乙烯中制成。将水吸入柱子中的真空将塑料吸入撑杆之间，使它们看起来像希腊神庙中的柱子。卡塔沃洛斯说，古希腊人雕刻这些凹痕或槽纹，“是为了创造形状和阴影。在这种情况下，我们以一种新的方式形成了槽纹——因为我们在吸水。因此，古典主义的槽纹在这座建筑中重新出现，但现在是功能，而非装饰。”
“我已经在这些实验中生活了太久，以至于我只知道它们是美丽的，”他继续说，“人们被它如此美丽的事实震惊了。吸引这些人的不是它背后的科学，而是他们那种‘天哪，我真想生活在这样的环境中’的感觉。这种建筑是完全的娱乐。”
卡塔沃洛斯在长岛长大；他的父亲经营着附近拉姆岛上的拉姆头旅馆，1947年，费曼、奥本海默和其他物理学家在那里会面，共同敲定了量子电动力学。作为普拉特年轻的建筑系学生，卡塔沃洛斯在珍珠港事件后被征召入伍，最终在太平洋地区的一个MASH部队服役。
他的建筑训练、陆军医疗技术员课程以及对形状玩耍的倾向很快引导卡塔沃洛斯进行他至今仍在进行的纸上思考：心脏慢慢变成水泵，头骨变成圆顶的草图。这也在他回到普拉特并毕业后，促使他成为一名画家。他加入了当时在格林威治村蓬勃发展的抽象表现主义世界；到1953年，他还开始为一些美国设计师创作椅子和其他形式。“我当时每周赚22.50美元，”他回忆道，“那似乎是一大笔钱。”卡塔沃洛斯的一些作品收藏在纽约市现代艺术博物馆和大都会艺术博物馆的设计藏品中。
但他始终被一个最初作为军队医务兵时产生的想法所困扰：他从X光片和手术室中看到的形状和形式可以成为一种新的建筑方式的基础。他和一些朋友开始尝试柔软、可弯曲的形状——气象气球和工业泡沫。最终，他发现自己被周围最常见、最便宜的天然材料所吸引：水。“我们研究了人体、昆虫、海洋结构、水螅虫。我们从水母身上得到了很多灵感。”
到20世纪60年代，他开始向世界展示这些想法。“一种建筑科幻小说，”一位法国策展人这样评价卡塔沃洛斯为1960年一次展览创作的充满活力的草图。它们展示了看起来像树边生长的蘑菇一样的公寓楼，以及看起来像仙人掌或捕蝇草一样的塔楼。正如仙人掌经过亿万年的进化压力塑造，以适应环境力的作用而弯曲和伸展一样，有机建筑的形状也将由大自然塑造。
然而，卡塔沃洛斯的批评者，那些更实际的工程师们说，大自然已经有数亿年的时间来完善其设计了。他们说，卡塔沃洛斯思想的问题在于，一个如此严重依赖保持精确张力的结构很难做得正确。存在实际的安全问题，这让工程师们怀疑他的建筑——以及他的愿景——是否真的能承载水。“这太理想化了，”伊利诺伊大学香槟分校的工程师本·严说，“一切都必须完美运行。任何失败都将是一个大问题。如果你是一名工程师，你会知道，就像在经济学中一样，事情往往不会按照教科书上的情况发展。”
卡塔沃洛斯以一种失望的耐心表情容忍这些疑问，就像一个被告知他的人民没有合适的鞋子去应许之地的摩西。例如，真空的问题。如果泵停止工作怎么办？如果真空消失了怎么办？整个结构会不会坍塌？
作为回答，卡塔沃洛斯将一段一英尺长的透明塑料水族箱软管浸入水箱中，灌满水，然后用拇指堵住两端。他将软管弯成W形，两端略微向上卷曲，然后放开拇指。水没有滴出来。“它之所以稳定，是因为大气压力将其 удержи (zhù) 住了，”卡塔沃洛斯说。然而，当他让一侧比另一侧更长更低时，重力会拉动这一端更多量的水向下。而且由于水分子彼此之间有电吸引力，它们倾向于粘在一起，所以流过长侧的水会将短侧的水向上拉过驼峰。只要没有空气进入管子破坏水分子之间的键，水流就会持续。这种看似矛盾的现象——短侧的水实际上被向上拉，然后才从另一侧流下——就是虹吸现象。它的原理被用于从偷汽油到在巨大的输水渠系统中将水越过墙壁和山丘的所有方面。
卡塔沃洛斯和他的学生们把虹吸管拉伸并塑造成一种建筑形式：一个木质和聚乙烯拱门，宽到足以容纳四个人站立。其中一条腿放在水池里。另一条腿——更长、更低的那条——延伸到实验室的地板。一旦结构内的空气被抽空（使头顶的塑料弯曲成一种强烈让人联想到哥特式建筑肋骨和拱顶的形状），水就会被吸上短腿，越过拱门，然后顺着长腿流进一个小水库。现在，关键时刻到了。卡塔沃沃斯伸手去关掉便携式半马力水泵。真空消失了，但正如承诺的那样，水仍在流动。“水仍在每秒一两英寸地持续移动，”卡塔沃沃斯说，“这就像蠕动——肠道中波浪状的收缩推动食物。”
当然，并非所有工程师都是怀疑论者。“我个人对这个想法很感兴趣，”纽约市环境保护局环境工程部建筑科科长迈克尔·塞特拉说，“毕竟，我们的身体有65%是水，而且我们能站立。”该部门正在考虑建造基于卡塔沃洛斯设计的装饰性风力机，这些风力机将抽水并利用其能量为一件“环境艺术品”中的灯具供电。
与此同时，一个名为“千年集团”的建筑实验组织，其目标是开发自给自足的海洋社区，并最终开发自给自足的空间结构——卡塔沃洛斯是其顾问建筑师——正在夏威夷岛寻找一个地点，以利用卡塔沃洛斯的水力原理建造一个原型房屋。另一个项目，为戈兰高地的一个以色列定居点建造临时避难所，目前暂停，只是因为以色列有可能将戈兰高地归还叙利亚。（不过，几年前，政府曾有兴趣带卡塔沃洛斯参观该地区，他在那里了解到定居者们正在种植什么。“我当时正在查看现场，有点心不在焉，我感觉到有什么东西在我腿周围沙沙作响，”他回忆道，“那是一群小鳄鱼。”）
卡塔沃洛斯认为，这些项目只是强调了他的观点：尽管有机主义的新时代可能确实仍在等待未来的技术，但他的许多愿景都可以用现有技术在今天实现。但他的怀疑论者认为，钢笔的“刮擦，刮擦，刮擦”声与真正承载人们生命基础概念的实际建筑之间仍然存在巨大差异。
“这个想法可能很好，”德克萨斯农工大学建筑师杰拉尔德·马菲说，“但在技术发展起来之前，它的应用可能是不可能的。”不过，他并没有说卡塔沃洛斯完全错了。“我认为很多时候，一个想法促使某种技术被开发出来，并且开发得非常成功。重要的是要有思想驱动的工作，而不是由现有技术驱动的工作。我认为这方面很有价值。”
胡说，卡塔沃洛斯说。这种未来生活方式的黎明曙光已经出现在他那混凝土砌块的地下室里，在他周围咕咕作响，砰砰作响。他说，他45年的尝试和错误正在开花结果。“我有一种感觉，就像他们当初在阿拉莫戈多首次原子弹爆炸前夕一定有的那种感觉——那种发自内心的知道它会成功的感觉。我们现在准备好了。我们准备发射了。”
