形式的起源：万物形式演变之谜，自然物和人造物的设计美学×科学探索 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Christopher Williams

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• 设计美学
• 形式语言
• 自然科学
• 演化
• 万物之形
• 设计原理
• 科学探索
• 美学
• 形态学
• 人造物

　　万物的世界，一切皆非理所当然――――
　　尺寸的极限 × 材料的可能 × 元素的关联 × 机能与设计的仿生美学

　　三角形、方形、圆形为什么最常出现？
　　鸡蛋的形状和雨滴的形状有何关联？
　　什么样的物件可能存在或不可能存在？
　　什么样的建筑应该建造或不应该建造？
　　永续长存的形式的共通要素是什么？

　　◎自然的物、人造的物，各种各样的物如何成为今日的形式？

　　无论是一个原子在大气运动中的路径，或者工匠工具的演变，
　　或是森林中、河岸边一棵树的生长，
　　都有其形式的成因和变迁发展的故事。
　　透过「形式」的演化，一切事物有了连结。

　　锻铁与茂盛生长的树有相似之处，铁桥与兀鹰中空的翅骨相仿，
　　植物叶片生长的形式与鹿角的曲线形状相近。
　　在绵长的时间尺度中，动物植物、液体固体、山脉地景、玻璃钢铁……
　　一个物件该有多大多小、什么样的材料可以做出怎样的物件、
　　物件的形式与它的机能及它的设计之间的关系是什么、
　　一个物件的使用会如何改变物件本身、哪些定律影响物件的发展，
　　种种问题都有了最适解答。

　　本书以「形式」为中心，探索万物形式的根源和演化，包罗领域含括设计理论、力学、结构和材料领域、地质学、生物学、人类学、古生物学、形态学。

　　清晰易读的阐释说明、流畅优美的叙事、精绘细制的美丽插图，带领读者领略这个充满魅力的主题，开阔视野，而我们也能知道我们的世界如何成为今日的样子。

　　◎对我们所在世界的献礼――――「被埋没的珍宝……令人深深着迷」

　　树木高度受哪些因素限制？大型船只或办公大楼为何比小型船只或一般大楼效率更高？人类的胸廓与飞机、野牛与悬臂桥之间有何共通点？我们应该如何规画，让物件不会因使用而磨损，而且越用越好？本书作者提出对三度空间形式最具影响力的八种基准，分为八大主题，每个主题各构成一章，以完全不同的角度探索各种形式从何而来、往何处去，并仔细观察及比较自然生成的产物和人工制作的物件。

　　本书激发读者开始观察周遭环境，抛开以往对人类环境中的形式演变的成见和漠不关心，并告诉读者更好的设计方式。作者以实际且直截了当的笔触，搭配特别为本书绘制的精美插图，提供关于「形式」的整体知识和了解。

　　对学生、设计师、建筑师来说，本书是价值非凡的作品；每一个关心自己所在世界的人，也可借由本书踏入这个令人着迷的主题。

★专业审订与推荐：

　　吕良正 国立台湾大学土木工程学系教授兼系主任、康乃尔大学理论与应用力学博士
　　刘曼君 中华工程教育学会（IEET）办公室主任、克莱蒙研究大学高等教育政策与行政管理博士

◎对本书的赞誉

　　「形势比人强？原意用在形容我们面对的处境，但用在万物的形式（FORM）上也行得通，也就是形式比人强。万物都是演化而来，其形式或形状某方面来说都是最佳最强的！近年来流行的仿生学就是由生物的强项上获得启发，进而用于产品的开发与设计。本书深入浅出探讨自然物和人造物的形式，把原本看似不相关的东西串连起来。万物运行是否有统一定理可兹遵循？本书也许可以给我们部分答案……」――吕良正 国立台湾大学土木工程学系教授兼系主任、康乃尔大学理论与应用力学博士

　　「作者以平易又流畅的文字，勾勒出天然和人造物质的形式及其形成原理，生动又饶富趣味，自然又蕴含深刻哲理；不知不觉中，读者被鼓励以不一样的眼光反思我们的自然环境和周遭的事物，让我们体悟到，大多数存在的物质确实已是文明演变下的最佳型态了。但就在这当下，作者又巧妙地提醒：现今所见的可能都是暂时的型态，人类文明的演变让未来充满了机会和可能性！」――刘曼君 中华工程教育学会（IEET）办公室主任、克莱蒙研究大学高等教育政策与行政管理博士

好的，这是一份关于您提供的书名之外的、详细的图书简介，旨在探讨设计美学与科学探索的交汇点，着重于构建和理解不同领域的“形式”演变规律，而非直接涉及您书名的特定内容。 --- 书名：结构之歌：从微观秩序到宏大叙事的设计底层逻辑 引言：探寻无处不在的“形”与“构” 在我们的世界中，无论是浩瀚的宇宙星系、精密的生物结构，还是人类社会中复杂的系统运作，一切都由某种潜在的“形式”和“结构”所驱动。这些形式并非偶然的堆砌，而是特定物理定律、历史进程或功能需求相互作用的结果。本书旨在剥离表面现象，深入探究驱动不同领域——从原子层面到文明社会——形成特定结构的基本原理和美学原则。我们将把科学探索的严谨性与设计思维的创造力相结合，揭示隐藏在万物背后的“结构之歌”。 第一部分：物质世界的形态演化——物理与化学的骨架 第一章：晶体学的秘密：对称与秩序的必然 本章将从原子和分子的尺度出发，探讨物质在能量最低状态下倾向于形成特定对称结构的根本原因。我们将详细分析晶体结构如何决定材料的宏观属性——硬度、导电性、光学特性。我们不仅讨论已知的晶体系统，还将引入非周期性结构（如准晶体）的概念，展示秩序的边界在哪里，以及“缺陷”如何成为新功能诞生的温床。从雪花的几何美感到半导体的电子性能，结构的选择是物理法则的直接体现。 第二章：生命之形：熵减的艺术与自组织现象 生命体是宇宙中最为复杂、最令人惊叹的自组织系统。本章聚焦于生物结构如何以最小的能耗实现最大的功能效率。我们将探讨蛋白质折叠的机制（这是生物信息学中最核心的形式问题之一），细胞膜的拓扑结构，以及群体行为（如蚁群觅食或鸟群迁徙）中涌现出的集体智能。这里的“设计”不是被动的，而是通过进化压力不断筛选和优化的动态过程。我们将论证，生命形式的美感恰恰源于其对热力学第二定律的巧妙规避——在局部实现高度的有序性。 第三部分：功能驱动的机械美学——工程学的形式约束 第三章：力与流动的几何学：结构效率的最大化 桥梁、建筑、飞行器——所有工程结构的设计无不受到载荷、应力和流体力学的严格约束。本章将研究“拓扑优化”这一现代设计工具，它如何帮助工程师找到给定材料和受力条件下，形式上最轻盈、强度上最稳固的结构。我们将解析自然界中存在的仿生结构，例如骨骼的内部多孔结构或蝉翼的蜂窝状支撑，它们如何以最少的材料承载最大的负荷，并探讨这些设计在增材制造（3D打印）时代的全新可能性。 第四章：人机交互的界面形态：从物理反馈到数字体验 形式不仅存在于实体世界，更渗透到我们与工具、技术互动的界面之中。本章将深入探讨用户体验（UX）设计中的形式语言。物理设备的外形、按钮的触感、虚拟界面的布局，都是为了传达信息、引导行为而精心构造的形式。我们将分析“可发现性”（Affordance）原则在设计中的体现，以及人类对“自然形态”的偏好如何影响产品设计的美学接受度。本部分关注的是“有效性”和“直观性”如何塑造出我们习以为常的工具形式。 第三部分：符号与系统的形态演变——社会与认知的结构 第五章：城市肌理的生成：历史沉积与空间语法 城市是人类大规模协作的宏大“结构”。本章将研究城市空间是如何在经济驱动、社会需求、历史遗留和地理环境的共同作用下，逐步演化出其独特的形态。我们将考察网格系统、放射状布局的优缺点，以及“公共空间”这一抽象概念如何通过具体的建筑和街道设计而被实体化。城市的流动性、密度与连接性，都是其内在功能需求的视觉表达。 第六章：信息与概念的架构：心智模型的构建 知识和信息本身也具有结构。本章将转向认知科学和信息科学领域，探讨人类如何组织和理解复杂信息。我们将分析思维导图、概念图、数据可视化等工具，它们都是为了将抽象的、线性的或多维度的信息转化为易于处理的“形式”。本部分的核心在于，一个好的信息结构能够有效地减少认知负荷，帮助我们穿越信息的迷雾，直达核心的逻辑关系。 结论：形式的普适性与未来的设计哲学 本书最终的目标是提供一种跨学科的视角，认识到无论是自然界中的生长，还是人类工程中的创造，都遵循着一套深层次的、关于效率、稳定性和表达的普适性原则。理解了这些底层逻辑，我们便能更具洞察力地去设计、去创造、去解读我们周围这个充满形式的世界。本书倡导的不是模仿自然，而是学习自然结构演变的底层哲学，从而在新一轮的技术与美学浪潮中，构筑更具韧性、更具意义的新秩序。 ---

作者简介

克里斯多福•威廉斯Christopher Williams

　　毕业于纽约普瑞特艺术学院（Pratt Institute），后就读海德堡大学，安提亚克学院（Antioch College）设计理论博士。

　　教授设计理论多年，并撰写许多相关文章，曾于多所院校教授设计和建筑，包括加州大学洛杉矶分校、克里夫兰艺术学院、加拿大亚伯达大学（University of Alberta）、康乃尔大学设计暨环境分析系，亦于洛杉矶南加州建筑学院（Southern California Institute of Architecture）授课。

　　另着有《必需品的工匠》（Craftsmen of Necessity）一书。现居加州大苏尔（Big Sur）。

译者简介

甘钖安

　　学业结束后由科学界踏入「译文界」，现为专职译者。曾担任Discovery频道与资讯杂志编译，现仍定期为《科学人》及《BBC知识》等杂志翻译。书籍译作包括《爱因斯坦1905》、《摄影师之心》、《图解达文西机器人》、《乐观是一种选择》等。

　　目前住在有山有海有美食的台湾头基隆，热爱吸收各类知识，正努力朝「全方位译人」的目标迈进。最大的心愿是知识普及、人人快乐。

新版序

前言

1 形式与物质
原子的一生
物质的三态：气态、液态、固态
时间和万物的渐变
均化的过程：由高到低和由热到冷等
细胞：由内部发展
晶格结构：由外部发展
脱水、腐朽、侵蚀、磨损、氧化
磨损的成因
表面：近距离与远距离观察
材料的特质
纹理、木材和锻铁
新材料的制造和形式

2 压桿与拉桿：结构元素
经济性的必要：以最小成本获得最大效益
决定形式的力：张力、压力、弯曲、剪力、扭转
张力结构：轻盈又有柔性
压力结构：沉重而坚实
动物的身体结构
鸟类：结构统一性的杰作
细致的人类结构形式
三角形、球形和圆顶
未来的结构：透过柔性提供强度

3 尺寸
相对量和绝对量
极大和动态相似性定律
大与小的生命模式
功和运动：尺寸的优点和缺点
人造的建物和尺寸

4 机能的形式
形随机能但永远追赶不上
市场中的选择过程
专门化：高度适应的形式
传统：满足机能需求的阻碍
多功能：通用的形式
形式、机能和经济性，为何某些形式历久弥新？
跨机能主义：满足某一需求但不利于另一需求
贯机能主义：整合互相对立的需求
机能、时间和变化――万物都会经历以下过程：
平衡：在某段时间内维持不变
动态：必然发生的改变
创造：旧蜕变成新

5 世代：来自过去的影响
最初的工具
发现、发明和影响的顺序：
原发突变：经调整的初发现
自由突变：改良新的发现
替代：物质的改变
交叉突变：借用概念
独立发现vs.科技扩散
真正的创造：产出以往不存在的事物
扩散的终结与跨社会知识的开端
近亲繁殖和远亲繁殖得来的知识
从兽力到机械力
剩余形式：变化后的残余

6 生态表现型效应：环境中的形式
形式在个别环境中透过使用、生长和发挥机能所产生的变化
工匠的产品独特性
工作坊和磨坊：较为一般化的生产
工厂系统、大量生产、分工、标准化和互换性
制造过程只是开端：出自使用者的产品

7 目的论：世界一家
物质世界概观：万物对相同法则的反应
统一化原理的视觉化检视：
费布那西数列
黄金分割
对称
流线
空间分割
120度交叉
紧密堆积
六角网

8 机率与非理性
机率的影响
就机率而言不存在但应该存在的事物
理论家的地景：产品历经起伏通过高山和深谷地形的淬鍊不断演变，受机率影响，最后抵达适用的颠峰

注释
参考书目

◎原子的一生
 
一辆汽车正高速行驶，在骚乱吵杂的引擎室中，一个氢原子受仓促杂乱的大批气态化合物、混合物、分子和自由原子驱策，从通气管离开边充电边冒着气泡的汽车电瓶。一阵强风吹来，这个氢原子很快被带到州际公路旁的乡间空气中。这个原子刚由汽车电瓶内的氢氯酸化合物释出，从前一次的自由状态到现在总共只有两年。那辆汽车很快就不见踪影，这阵风把这个原子吹到牧场上空，在距离地面6公尺的高度向西飘去。不到几秒钟，又有两个原子同时碰上这个氢原子，立刻结合成分子，氢原子的自由状态很快宣告结束。与它结合的两个原子之一是氢原子，另一个是氧原子，它们结合形成的新分子则是水分子。这个新分子乘着午后热流盘旋而上。
 
这个季节很干燥，空气中的水粒子和分子很少。尽管同类稀少，其他水分子仍然乘着向上的浮力弹跳，彼此接近到一定距离时立刻结合在一起。分子与分子结合，新的分子团变成可分辨的水滴，安静地漂浮在一片紫花苜蓿上空300公尺。太阳下山，空气温度降低，水气慢慢聚集，水滴变得越来越大，无法继续飘浮在空中，因此落了下来。
 
第二天清晨，含有这个氢原子的一滴露水出现在紫花苜蓿叶上，这滴露水很快吸收其他水粒子，最后滚落地面。白天温度越来越高，草地表面附近的水气多半分解成水蒸气后飘散开来。不过，包含这个氢原子的水分子已经渗入土壤。它在这里停留了三天，但后来附近一株紫花苜蓿的根毛穿过土壤微粒间的气穴，接触到它。根毛尖端细胞以直线脉冲的方式增生，每个细胞可让根毛前进0.25毫米左右。根毛接触含有水气的土壤，很快吸收了这个分子。
 
五个小时后，这个氢原子在各种简单和复杂化合物之间进进出出，通过总长2.5公尺的汁液传导管，最后进入拥有6个碳原子、6个氧原子和另外11个氢原子的黏稠液态化合物分子，这种化合物称为葡萄糖。这个氢原子所属的分子位于从植物顶端数下来第三片叶子的末端边缘。这株紫花苜蓿体型大却不怎么健康，长在这片草地最南端的角落。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象，是那种非常扎实的学术底蕴和人文关怀的结合。封面上的文字，那种字体的选择，那种排版的考究，都透露出一种“慢工出细活”的认真态度。我个人对那些能把复杂科学概念用通俗易懂语言解释清楚的书籍，有着近乎偏执的喜爱。而《形式的起源》的副标题，特别是“科学探索”这四个字，让我看到了作者在这方面的努力。 我脑海中已经开始勾勒出阅读的场景：可能是一个宁静的下午，我窝在沙发里，手捧着这本书，跟着作者的思路，一步步解开那些关于“形式”的层层迷雾。我猜想，书中不会仅仅罗列枯燥的公式和理论，而是会用生动的故事、鲜活的案例，甚至是一些令人惊叹的实验或观察结果，来展现形式是如何在自然界和人类智慧中演变的。我期待它能让我看到，那些我们司空见惯的形状，原来都蕴含着如此精妙的自然法则。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“形式的起源：万物形式演变之谜，自然物和人造物的设计美学×科学探索”简直就像一个百科全书式的承诺，让我忍不住想要一探究竟。我一直相信，那些隐藏在事物表象之下的深层结构和演化逻辑，才是最能揭示事物本质的关键。 我对于“演变”这个词特别敏感，它暗示着一个动态、一个过程，而不是静态的呈现。我期待这本书能带我穿越时间的洪流，去追溯那些决定了万物形态的根本力量。从最原始的生命形态，到如今我们看到的纷繁复杂的设计，这个过程本身就充满着无尽的魅力。而“设计美学”和“科学探索”的结合，更是让我看到了这本书的独特之处。我总觉得，真正的美，往往蕴藏在科学的严谨和规律之中。这本书，或许就能为我提供一把钥匙，让我能够更好地理解自然之美，以及人类在模仿和创造自然过程中所展现出的智慧。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，第一眼就被它名字的丰富性所震撼。“形式的起源”这四个字，本身就带有一种探索未知的召唤力。而后面的副标题，更是将内容延展到了自然万物和人造器物的广阔领域，并且明确了它将从“设计美学”和“科学探索”这两个截然不同的角度进行解读。 我迫不及待地想要知道，作者将如何把这些看似庞大而又相互独立的领域巧妙地联系起来。是会从数学的公理出发，推导出自然界的几何规律？还是会从生物进化的角度，解析出形态适应环境的必然性？抑或是从艺术家的视角，去审视那些构成美感的视觉元素，并追溯其科学根源？我期待这本书能给我带来惊喜，让我发现原来那些我们习以为常的形式，都隐藏着如此深邃的科学奥秘和设计巧思。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，深邃的蓝色背景搭配着抽象但充满生命力的几何图形，仿佛在预示着某种宇宙深层的规律。我拿到书的那一刻，就被它散发出的那种沉静而又引人入胜的气质所感染。虽然我还没有深入阅读，但从书名就能感受到作者在其中倾注的心血，试图将“形式”这一看似飘渺的概念，置于一个宏大的科学与美学交织的维度中去探讨。 “万物形式演变之谜”——这几个字瞬间勾起了我的好奇心。我们每天看到的自然界中的花草树木、山川河流，乃至我们身边触手可及的人造物品，它们的形态并非偶然，背后一定隐藏着深刻的演化逻辑。我期待这本书能带领我穿越时间和空间，去追溯那些塑造了我们所见世界的最基本的力量。从细胞的分裂到星系的形成，从一片叶子的脉络到一座桥梁的弧度，这之间的联系将是多么奇妙？而“设计美学×科学探索”更是精准地戳中了我的兴趣点，我一直认为科学与艺术并非割裂，而是相互映照、相互启发的。这本书无疑提供了一个绝佳的平台，让我可以同时满足我对科学严谨性的追求和对艺术独特魅力的欣赏。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我选择这本书，很大程度上是被它所提出的问题所吸引。“形式的起源”——这几个字足够宏大，也足够引人深思。在如今信息爆炸的时代，我们很少有机会能停下来，去思考那些最根本、最普遍的现象。这本书名所承诺的，正是这样一种深度挖掘。 我想象中的这本书，会是一次跨越学科的奇妙旅程。它不会局限于某个单一的领域，而是会将生物学、物理学、数学、甚至哲学中的洞见融会贯通。毕竟，形式的演变，是贯穿整个宇宙的普遍规律。我期待它能为我打开一扇新的视野，让我能够用一种更广阔、更深刻的眼光去审视我们所处的这个世界。无论是自然界的奇妙构造，还是人类文明的辉煌创造，都将在“形式”的视角下，焕发出别样的光彩。