形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索 (電子書)

形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

克里斯多福•威廉斯
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具体描述

――――176幅精繪插圖,探索一切形式的根源――――
一部結合設計、自然、科學的萬物形式演化史
萬物的世界,一切皆非理所當然――――
尺寸的極限 × 材料的可能 × 元素的關聯 × 機能與設計的仿生美學
 
三角形、方形、圓形為什麼最常出現?
雞蛋的形狀和雨滴的形狀有何關聯?
什麼樣的物件可能存在或不可能存在?
什麼樣的建築應該建造或不應該建造?
永續長存的形式的共通要素是什麼?

★★主持人、作家  蔡康永  讚譽推薦★★

【專業審訂】
呂良正  國立台灣大學土木工程學系教授、康乃爾大學理論與應用力學博士
劉曼君  中華工程教育學會(IEET)辦公室主任、克萊蒙研究大學高等教育政策與行政管理博士
 
自然的物、人造的物,各種各樣的物如何成為今日的形式?
 
無論是一個原子在大氣運動中的路徑,或者工匠工具的演變,
或是森林中、河岸邊一棵樹的生長,
都有其形式的成因和變遷發展的故事。
透過「形式」的演化,一切事物有了連結。
 
鍛鐵與茂盛生長的樹有相似之處,鐵橋與兀鷹中空的翅骨相仿,
植物葉片生長的形式與鹿角的曲線形狀相近。
在綿長的時間尺度中,動物植物、液體固體、山脈地景、玻璃鋼鐵……
一個物件該有多大多小、什麼樣的材料可以做出怎樣的物件、
物件的形式與它的機能及它的設計之間的關係是什麼、
一個物件的使用會如何改變物件本身、哪些定律影響物件的發展,
種種問題都有了最適解答。
 
本書以「形式」為中心,探索萬物形式的根源和演化,
包羅範疇含括設計理論、力學、結構和材料領域、地質學、生物學、人類學、古生物學、形態學。
清晰易讀的闡釋說明、流暢優美的敘事、精繪細製的美麗插圖,
帶領讀者領略這個充滿魅力的主題,開闊視野,
而我們也能知道我們的世界如何成為今日的樣子。
 
對我們所在世界的獻禮――――「被埋沒的珍寶……令人深深著迷」
 
樹木高度受哪些因素限制?大型船隻或辦公大樓為何比小型船隻或一般大樓效率更高?人類的胸廓與飛機、野牛與懸臂橋之間有何共通點?我們應該如何規畫,讓物件不會因使用而磨損,而且越用越好?本書作者提出對三度空間形式最具影響力的八種基準,分為八大主題,每個主題各構成一章,以完全不同的角度探索各種形式從何而來、往何處去,並仔細觀察及比較自然生成的產物和人工製作的物件。

本書激發讀者開始觀察周遭環境,拋開以往對人類環境中的形式演變的成見和漠不關心,並告訴讀者更好的設計方式。作者以實際且直截了當的筆觸,搭配特別為本書繪製的精美插圖,提供關於「形式」的整體知識和了解。

對學生、設計師、建築師來說,本書是價值非凡的作品;每一個關心自己所在世界的人,也可藉由本書踏入這個令人著迷的主題。
 
對本書的讚譽
 
「形勢比人強?原意用在形容我們面對的處境,但用在萬物的形式(FORM)上也行得通,也就是形式比人強。萬物都是演化而來,其形式或形狀某方面來說都是最佳最強的!近年來流行的仿生學就是由生物的強項上獲得啟發,進而用於產品的開發與設計。本書深入淺出探討自然物和人造物的形式,把原本看似不相關的東西串連起來。萬物運行是否有統一定理可茲遵循?本書也許可以給我們部分答案……」
――呂良正  國立台灣大學土木工程學系教授、康乃爾大學理論與應用力學博士
 
「作者以平易又流暢的文字,勾勒出天然和人造物質的形式及其形成原理,生動又饒富趣味,自然又蘊含深刻哲理;不知不覺中,讀者被鼓勵以不一樣的眼光反思我們的自然環境和周遭的事物,讓我們體悟到,大多數存在的物質確實已是文明演變下的最佳型態了。但就在這當下,作者又巧妙地提醒:現今所見的可能都是暫時的型態,人類文明的演變讓未來充滿了機會和可能性!」
――劉曼君  中華工程教育學會(IEET)辦公室主任、克萊蒙研究大學高等教育政策與行政管理博士
《形态的轨迹:从自然法则到人工智慧的演化蓝图》 一窥万物形态构建的底层逻辑,一场跨越自然科学与设计哲学的深度探索。 本书致力于揭示宇宙间一切事物——无论是宏伟的星系结构,精妙的生物体,还是复杂的人造工程——其“形式”是如何从混沌中涌现,并遵循着一套深刻而普适的演化法则。我们不探讨任何关于“形式的起源”或特定书籍内容的论述,而是将焦点集中于构建形态的通用机制、动力学以及其在不同尺度上的展现。 第一部分:基元与涌现:物质世界的形态语法 本部分深入探讨了形态产生的物理和数学基础。形态并非凭空出现,而是底层物质属性与作用力相互作用的必然结果。 1. 物质的结构性偏好:晶体与对称性的诱惑 形态的初始驱动力往往源于物质自身的能量最小化原则。我们将分析晶体结构、分形几何如何在大自然中作为构建块发挥作用。从冰花的六重对称到矿物的晶格排列,这些都是在能量限制下,物质寻求最稳定、最高效配置的体现。这种对特定几何结构的“偏爱”,构成了随后复杂形态的基础语法。我们将探讨如何通过拓扑学概念来描述这些基本连接方式,以及它们如何决定了材料的宏观性能。 2. 反应-扩散系统与斑图生成 离开静止的平衡态,动态过程成为形态塑造的主导力量。图灵(Turing)提出的反应-扩散机制是理解生物体斑纹、地貌纹理等非均匀分布形态的关键。我们详细剖析激活剂与抑制剂在空间中的竞争与合作,如何自然而然地生成条纹、斑点和螺旋结构。这种机制的普适性,使我们得以用同一套数学模型来解释豹子的皮毛花纹与某些化学振荡反应中的时空图案。重点在于理解这些“自组织”过程的临界点和稳定性分析。 3. 尺度不变性与分形维度 形态的演化常常表现出惊人的“自我相似性”。我们将考察分形几何在描述海岸线、树木分支、肺部结构等不规则系统中的有效性。分形维度的概念超越了传统的欧几里得维度,它提供了一种量化复杂性和填充效率的工具。这种尺度的重复性暗示着在不同层次上驱动形态的规则是相似的,连接了微观的分子排列与宏观的生态系统结构。 第二部分:生命蓝图:形态在演化中的选择压力 生物体是自然界中最精妙的形态构建者,但其形态的复杂性并非随机,而是经过亿万年选择压力筛选的结果。 4. 生物力学与效率优化 形态必须服务于功能。本章聚焦于力学约束如何塑造生物结构。例如,鸟类的骨骼如何通过中空结构和桁架支撑来实现轻量化与强度需求的完美平衡;植物的茎干如何通过对弯曲应力和压缩力的有效分散,发展出特定的截面形状。我们将分析生物体如何“计算”出最优的材料分布,例如,在维持结构完整性的前提下,将材料消耗降至最低。 5. 发育约束与形态的可塑性 生命的形态发生是一个高度受控的过程,但也具有惊人的适应性。我们探讨发育生物学中的基因调控网络如何设定了形态演化的“可能性空间”(Evolutionary Search Space)。某些看似随意的胚胎发育路径,实际上是演化历史留下的“通道”或“约束”。理解这种约束,有助于解释为什么某些形态容易出现,而另一些在进化上近乎“禁区”。 6. 生态位与形态的共演 形态的最终形态往往是与环境(包括其他生物)相互作用的结果。从掠食者与猎物之间的军备竞赛(如更快的速度、更隐蔽的色彩),到共生关系中形态的趋同演化,形态是生命体与其生态系统动态博弈的“硬拷贝”。我们将研究优化模型如何预测在特定生态压力下,形态特征的最优解。 第三部分:工程心智:人造形态的模拟与超越 人类的设计活动,无论是有意识的规划还是无意识的试错,本质上也是对自然界形态法则的一种模仿、整合与重构。 7. 从仿生学到反向工程 人类工程设计历来是形态学知识的直接应用。本章将回顾从古希腊建筑到现代飞机翼型设计中,对自然形态的直接借鉴。更进一步,我们将审视“反向工程”的思路:不再是模仿特定的生物形态,而是解析生物形态背后的通用设计原则(如自适应性、冗余性、模块化),并将这些原则转化为工程规范。 8. 计算设计与参数化形态 现代设计流程已不再依赖于单一的设计师直觉,而是依赖于复杂的算法。参数化设计和拓扑优化工具允许工程师定义边界条件、载荷和材料限制,然后让算法在巨大的设计空间中“寻找”满足所有条件的最佳形态。这种过程与自然选择的筛选机制惊人地相似,体现了形态演化的计算本质。我们将探讨这些技术如何被应用于增材制造(3D打印)中,以实现自然界难以达到的复杂内部结构。 9. 人机交互的形态学 即使在最抽象的人机界面设计中,形态学法则依然起作用。用户体验(UX)的流畅性,图标的识别度,界面的布局逻辑,都涉及人类认知对清晰、可预测和高效形态的内在偏好。我们分析如何应用认知科学的发现来优化数字形态,使其更符合人类的感知和操作习惯。 结语:形态的未来与设计的责任 本书的终极目标是提供一个综合性的视角:形态的演变,无论是在地质时间尺度上,还是在工程设计周期内,都是一个由底层物理约束、动态反馈回路和选择压力共同驱动的、可被理解的过程。认识这些深层规律,不仅能帮助我们更好地理解我们周围的世界,更赋予了设计者运用这些普适法则,去创造更具效率、更具韧性,并最终更“合理”的人造未来的能力。形态的轨迹是宇宙的叙事,而我们正站在理解和书写下一章的位置上。

著者信息

作者簡介

克里斯多福•威廉斯Christopher Williams
畢業於紐約普瑞特藝術學院(Pratt Institute),後就讀海德堡大學,安提亞克學院(Antioch College)設計理論博士。
教授設計理論多年,並撰寫許多相關文章,曾於多所院校教授設計和建築,包括加州大學洛杉磯分校、克里夫蘭藝術學院、加拿大亞伯達大學(University of Alberta)、康乃爾大學設計暨環境分析系,亦於洛杉磯南加州建築學院(Southern California Institute of Architecture)授課。
另著有《必需品的工匠》(Craftsmen of Necessity)一書。現居加州大蘇爾(Big Sur)。

相關著作:《形式的起源:萬物形式演變之謎,自然物和人造物的設計美學×科學探索》

譯者簡介

甘錫安
學業結束後由科學界踏入「譯文界」,現為專職譯者。曾擔任Discovery頻道與資訊雜誌編譯,現仍定期為《科學人》及《BBC知識》等雜誌翻譯。書籍譯作包括《愛因斯坦1905》、《攝影師之心》、《圖解達文西機器人》、《樂觀是一種選擇》等。
目前住在有山有海有美食的台灣頭基隆,熱愛吸收各類知識,正努力朝「全方位譯人」的目標邁進。最大的心願是知識普及、人人快樂。

图书目录

新版序
 
前言
 
【1  形式與物質】
原子的一生
物質的三態:氣態、液態、固態
時間和萬物的漸變
均化的過程:由高到低和由熱到冷等
細胞:由內部發展
晶格結構:由外部發展
脫水、腐朽、侵蝕、磨損、氧化
磨損的成因
表面:近距離與遠距離觀察
材料的特質
紋理、木材和鍛鐵
新材料的製造和形式
 
【2  壓桿與拉桿:結構元素】
經濟性的必要:以最小成本獲得最大效益
決定形式的力:張力、壓力、彎曲、剪力、扭轉
張力結構:輕盈又有柔性
壓力結構:沉重而堅實
動物的身體結構
鳥類:結構統一性的傑作
細緻的人類結構形式
三角形、球形和圓頂
未來的結構:透過柔性提供強度
 
【3  尺寸】
相對量和絕對量
極大和動態相似性定律
大與小的生命模式
功和運動:尺寸的優點和缺點
人造的建物和尺寸
 
【4  機能的形式】
形隨機能但永遠追趕不上
市場中的選擇過程
專門化:高度適應的形式
傳統:滿足機能需求的阻礙
多功能:通用的形式
形式、機能和經濟性,為何某些形式歷久彌新?
跨機能主義:滿足某一需求但不利於另一需求
貫機能主義:整合互相對立的需求
機能、時間和變化――萬物都會經歷以下過程:
          平衡:在某段時間內維持不變
          動態:必然發生的改變
          創造:舊蛻變成新
 
【5  世代:來自過去的影響】
最初的工具
發現、發明和影響的順序:
          原發突變:經調整的初發現
          自由突變:改良新的發現
          替代:物質的改變
          交叉突變:借用概念
獨立發現vs.科技擴散
真正的創造:產出以往不存在的事物
擴散的終結與跨社會知識的開端
近親繁殖和遠親繁殖得來的知識
從獸力到機械力
剩餘形式:變化後的殘餘
 
【6  生態表現型效應:環境中的形式】
形式在個別環境中透過使用、生長和發揮機能所產生的變化
工匠的產品獨特性
工作坊和磨坊:較為一般化的生產
工廠系統、大量生產、分工、標準化和互換性
製造過程只是開端:出自使用者的產品
 
【7  目的論:世界一家】
物質世界概觀:萬物對相同法則的反應
統一化原理的視覺化檢視:
          費布那西數列
          黃金分割
          對稱
          流線
          空間分割
          120度交叉
          緊密堆積
          六角網
 
【8  機率與非理性】
機率的影響
就機率而言不存在但應該存在的事物
理論家的地景:產品歷經起伏通過高山和深谷地形的淬鍊不斷演變,受機率影響,最後抵達適用的顛峰
 
注釋
參考書目

图书序言

  • ISBN:9789862358795
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 適讀年齡:0歲~99歲
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:43.3MB

图书试读

用户评价

评分

說實在話,現在市面上的科普書很多,但能把「美學」和「科學」這兩個看似分屬兩端的領域成功融合的,真的鳳毛麟角。《形式的起源》這個主題,聽起來就帶著一種詩意和嚴謹的雙重魅力。我比較在意的是,作者如何處理這個跨學科的複雜性?會不會為了追求科學的深度而犧牲了設計的直觀性,反過來又為了迎合大眾的閱讀樂趣而讓科學的論證顯得單薄?我期待的是一種平衡,一種能夠讓理工科的讀者看到背後的數學結構,同時也讓藝術系的學生能從中汲取靈感的「中道」。尤其是在討論「設計美學」時,我希望能看到一些關於比例、對稱性、以及「賞心悅目」的感覺是如何從生物演化中紮根的論述。如果能搭配一些精美的圖例,把抽象的理論視覺化,那這本書的價值就會大大提升。總之,我對它能否成功地建立起一座連接理性與感性的橋樑抱持著高度的期待。

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這本《形式的起源》光是書名就讓人覺得腦洞大開,那種探討事物「為什麼會長成現在這個樣子」的哲學思辨,加上「設計美學」和「科學探索」的跨界對決,簡直是為我這種好奇心重的好奇寶寶量身打造的!我最近剛好在整理家裡的老東西,看著那些經典設計家具,就會忍不住想,當初設計師是怎麼抓到那個「對的比例」的?是憑直覺還是有什麼隱藏的數學公式在驅動?這本書如果能帶我從更宏觀的尺度去看待這些問題,從樹葉的脈絡到摩天大樓的結構,都能歸納出某種共通的「形式語言」,那絕對是值回票價的閱讀體驗。我特別期待它能打破學科之間的壁壘,讓我這個非科班出身的讀者,也能優雅地穿梭在物理學、生物學和藝術史之間,看到那些看似不相關的事物,其實都遵循著同一套優雅的演化邏輯。希望它不是那種只會拋出概念卻沒有實例支撐的空泛之作,而是能用紮實的案例,把這些深奧的原理「接地氣」地呈現出來,讓我讀完後,看世界的方式都能有點不一樣的「升級感」。

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最近剛好在思考生活中的「效率」與「過剩」問題,這本書的標題《萬物形式演變之謎》似乎提供了一個全新的切入點。形式的誕生,往往是為了在特定環境下達到某種效率極限,這是一種非常「務實」的科學觀點。但奇怪的是,許多自然界的形式又帶有令人驚豔的「裝飾性」,比如孔雀的尾巴,那顯然不是追求生存效率的極致體現,反而像是基因中帶著的「美感偏好」在作祟。我很好奇,這本書會如何解釋這種「效率與炫耀」之間的辯證關係?在人造物方面,我們設計的東西,是不是也經常在「功能優先」和「品牌形象」之間拉扯?我希望作者能提供一些引人深思的案例,讓我意識到,我們習以為常的「美」,其實可能只是某種演化壓力下的副產品,或者是一種跨越物種的潛意識偏好。這種哲學上的震撼感,遠比單純的知識積累更讓我期待。

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翻開這本探討萬物形式演變的書,我第一個聯想到的就是,這根本是一場橫跨數十億年的視覺饗宴啊!想像一下,從最原始的單細胞結構到複雜的人類建築,中間的「進化壓力」是如何雕塑出這些獨特的形狀的?我一直對自然界中那些「最佳化」的設計非常著迷,比如蜂巢完美的六邊形,或是鳥類翅膀的空氣動力學曲線。這本書如果能深入淺出地解構這些「演化決策」,那就太過癮了。我希望作者的筆觸是那種充滿熱情的,不是冷冰冰的教科書語氣,而是像一個資深導遊,帶著我們走過時間的長廊,指著那些經典的「設計範本」說:「看,這就是宇宙級的工程師留下的傑作!」而且,既然提到了「人造物」,我更想知道,人類的設計師和藝術家,有多少是真正地「模仿」了自然,又有多少是「超越」了自然?這種對話的張力,絕對是這本書最引人入勝的地方。我已經準備好要帶著我的筆記本,隨時準備記錄那些能讓我驚呼「原來如此!」的 Aha Moment 了。

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坦白講,我對於那些總是在探討「起源」的書總有種莫名的親切感。畢竟,搞懂了根源,很多後來的枝節問題就迎刃而解了。《形式的起源》如果能像一個偵探小說一樣,抽絲剝繭地還原出「形式是如何誕生的」這個大謎團,那閱讀過程一定會充滿懸念和滿足感。我不僅想知道「是什麼」,更想知道「如何發生」。對於科學探索的部分,我特別希望它能涵蓋一些近代的計算模擬或複雜系統理論的觀點,因為現代科技已經能讓我們「模擬」出自然界的形式演化,這比單純依賴化石記錄或物理定律的推導,更具備動態感和說服力。如果這本書能巧妙地融入這些前沿的思維,讓讀者感覺自己不只是在回顧歷史,更是在參與一場關於未來設計可能性的思辨,那就太棒了。這不只是一本書,更像是一張通往理解世界底層邏輯的門票。

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