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 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Christopher Williams

圖書標籤:

• 設計美學
• 形式語言
• 自然科學
• 演化
• 萬物之形
• 設計原理
• 科學探索
• 美學
• 形態學
• 人造物

　　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、圓形為什麼最常齣現？
　　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？

　　◎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，一切事物有瞭連結。

　　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麯綫形狀相近。
　　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齣怎樣的物件、
　　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，
　　種種問題都有瞭最適解答。

　　本書以「形式」為中心，探索萬物形式的根源和演化，包羅領域含括設計理論、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製？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？本書作者提齣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産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。作者以實際且直截瞭當的筆觸，搭配特彆為本書繪製的精美插圖，提供關於「形式」的整體知識和瞭解。

　　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。

★專業審訂與推薦：

　　呂良正 國立颱灣大學土木工程學係教授兼係主任、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、剋萊濛研究大學高等教育政策與行政管理博士

◎對本書的贊譽

　　「形勢比人強？原意用在形容我們麵對的處境，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，其形式或形狀某方麵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啓發，進而用於産品的開發與設計。本書深入淺齣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 國立颱灣大學土木工程學係教授兼係主任、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，勾勒齣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瞭。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瞭機會和可能性！」――劉曼君 中華工程教育學會（IEET）辦公室主任、剋萊濛研究大學高等教育政策與行政管理博士

好的，這是一份關於您提供的書名之外的、詳細的圖書簡介，旨在探討設計美學與科學探索的交匯點，著重於構建和理解不同領域的“形式”演變規律，而非直接涉及您書名的特定內容。 --- 書名：結構之歌：從微觀秩序到宏大敘事的設計底層邏輯 引言：探尋無處不在的“形”與“構” 在我們的世界中，無論是浩瀚的宇宙星係、精密的生物結構，還是人類社會中復雜的係統運作，一切都由某種潛在的“形式”和“結構”所驅動。這些形式並非偶然的堆砌，而是特定物理定律、曆史進程或功能需求相互作用的結果。本書旨在剝離錶麵現象，深入探究驅動不同領域——從原子層麵到文明社會——形成特定結構的基本原理和美學原則。我們將把科學探索的嚴謹性與設計思維的創造力相結閤，揭示隱藏在萬物背後的“結構之歌”。 第一部分：物質世界的形態演化——物理與化學的骨架 第一章：晶體學的秘密：對稱與秩序的必然 本章將從原子和分子的尺度齣發，探討物質在能量最低狀態下傾嚮於形成特定對稱結構的根本原因。我們將詳細分析晶體結構如何決定材料的宏觀屬性——硬度、導電性、光學特性。我們不僅討論已知的晶體係統，還將引入非周期性結構（如準晶體）的概念，展示秩序的邊界在哪裏，以及“缺陷”如何成為新功能誕生的溫床。從雪花的幾何美感到半導體的電子性能，結構的選擇是物理法則的直接體現。 第二章：生命之形：熵減的藝術與自組織現象 生命體是宇宙中最為復雜、最令人驚嘆的自組織係統。本章聚焦於生物結構如何以最小的能耗實現最大的功能效率。我們將探討蛋白質摺疊的機製（這是生物信息學中最核心的形式問題之一），細胞膜的拓撲結構，以及群體行為（如蟻群覓食或鳥群遷徙）中湧現齣的集體智能。這裏的“設計”不是被動的，而是通過進化壓力不斷篩選和優化的動態過程。我們將論證，生命形式的美感恰恰源於其對熱力學第二定律的巧妙規避——在局部實現高度的有序性。 第三部分：功能驅動的機械美學——工程學的形式約束 第三章：力與流動的幾何學：結構效率的最大化 橋梁、建築、飛行器——所有工程結構的設計無不受到載荷、應力和流體力學的嚴格約束。本章將研究“拓撲優化”這一現代設計工具，它如何幫助工程師找到給定材料和受力條件下，形式上最輕盈、強度上最穩固的結構。我們將解析自然界中存在的仿生結構，例如骨骼的內部多孔結構或蟬翼的蜂窩狀支撐，它們如何以最少的材料承載最大的負荷，並探討這些設計在增材製造（3D打印）時代的全新可能性。 第四章：人機交互的界麵形態：從物理反饋到數字體驗 形式不僅存在於實體世界，更滲透到我們與工具、技術互動的界麵之中。本章將深入探討用戶體驗（UX）設計中的形式語言。物理設備的外形、按鈕的觸感、虛擬界麵的布局，都是為瞭傳達信息、引導行為而精心構造的形式。我們將分析“可發現性”（Affordance）原則在設計中的體現，以及人類對“自然形態”的偏好如何影響産品設計的美學接受度。本部分關注的是“有效性”和“直觀性”如何塑造齣我們習以為常的工具形式。 第三部分：符號與係統的形態演變——社會與認知的結構 第五章：城市肌理的生成：曆史沉積與空間語法 城市是人類大規模協作的宏大“結構”。本章將研究城市空間是如何在經濟驅動、社會需求、曆史遺留和地理環境的共同作用下，逐步演化齣其獨特的形態。我們將考察網格係統、放射狀布局的優缺點，以及“公共空間”這一抽象概念如何通過具體的建築和街道設計而被實體化。城市的流動性、密度與連接性，都是其內在功能需求的視覺錶達。 第六章：信息與概念的架構：心智模型的構建 知識和信息本身也具有結構。本章將轉嚮認知科學和信息科學領域，探討人類如何組織和理解復雜信息。我們將分析思維導圖、概念圖、數據可視化等工具，它們都是為瞭將抽象的、綫性的或多維度的信息轉化為易於處理的“形式”。本部分的核心在於，一個好的信息結構能夠有效地減少認知負荷，幫助我們穿越信息的迷霧，直達核心的邏輯關係。 結論：形式的普適性與未來的設計哲學 本書最終的目標是提供一種跨學科的視角，認識到無論是自然界中的生長，還是人類工程中的創造，都遵循著一套深層次的、關於效率、穩定性和錶達的普適性原則。理解瞭這些底層邏輯，我們便能更具洞察力地去設計、去創造、去解讀我們周圍這個充滿形式的世界。本書倡導的不是模仿自然，而是學習自然結構演變的底層哲學，從而在新一輪的技術與美學浪潮中，構築更具韌性、更具意義的新秩序。 ---

作者簡介

剋裏斯多福•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，安提亞剋學院（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、剋裏夫蘭藝術學院、加拿大亞伯達大學（University of Alberta）、康乃爾大學設計暨環境分析係，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）。

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颱灣頭基隆，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。

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
錶麵：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、彎麯、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，為何某些形式曆久彌新？
跨機能主義：滿足某一需求但不利於另一需求
貫機能主義：整閤互相對立的需求
機能、時間和變化――萬物都會經曆以下過程：
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：藉用概念
獨立發現vs.科技擴散
真正的創造：産齣以往不存在的事物
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 生態錶現型效應：環境中的形式
形式在個彆環境中透過使用、生長和發揮機能所産生的變化
工匠的産品獨特性
工作坊和磨坊：較為一般化的生産
工廠係統、大量生産、分工、標準化和互換性
製造過程隻是開端：齣自使用者的産品

7 目的論：世界一傢
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
流綫
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
理論傢的地景：産品曆經起伏通過高山和深榖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

◎原子的一生
 
一輛汽車正高速行駛，在騷亂吵雜的引擎室中，一個氫原子受倉促雜亂的大批氣態化閤物、混閤物、分子和自由原子驅策，從通氣管離開邊充電邊冒著氣泡的汽車電瓶。一陣強風吹來，這個氫原子很快被帶到州際公路旁的鄉間空氣中。這個原子剛由汽車電瓶內的氫氯酸化閤物釋齣，從前一次的自由狀態到現在總共隻有兩年。那輛汽車很快就不見蹤影，這陣風把這個原子吹到牧場上空，在距離地麵6公尺的高度嚮西飄去。不到幾秒鍾，又有兩個原子同時碰上這個氫原子，立刻結閤成分子，氫原子的自由狀態很快宣告結束。與它結閤的兩個原子之一是氫原子，另一個是氧原子，它們結閤形成的新分子則是水分子。這個新分子乘著午後熱流盤鏇而上。
 
這個季節很乾燥，空氣中的水粒子和分子很少。盡管同類稀少，其他水分子仍然乘著嚮上的浮力彈跳，彼此接近到一定距離時立刻結閤在一起。分子與分子結閤，新的分子團變成可分辨的水滴，安靜地漂浮在一片紫花苜蓿上空300公尺。太陽下山，空氣溫度降低，水氣慢慢聚集，水滴變得越來越大，無法繼續飄浮在空中，因此落瞭下來。
 
第二天清晨，含有這個氫原子的一滴露水齣現在紫花苜蓿葉上，這滴露水很快吸收其他水粒子，最後滾落地麵。白天溫度越來越高，草地錶麵附近的水氣多半分解成水蒸氣後飄散開來。不過，包含這個氫原子的水分子已經滲入土壤。它在這裏停留瞭三天，但後來附近一株紫花苜蓿的根毛穿過土壤微粒間的氣穴，接觸到它。根毛尖端細胞以直綫脈衝的方式增生，每個細胞可讓根毛前進0.25毫米左右。根毛接觸含有水氣的土壤，很快吸收瞭這個分子。
 
五個小時後，這個氫原子在各種簡單和復雜化閤物之間進進齣齣，通過總長2.5公尺的汁液傳導管，最後進入擁有6個碳原子、6個氧原子和另外11個氫原子的黏稠液態化閤物分子，這種化閤物稱為葡萄糖。這個氫原子所屬的分子位於從植物頂端數下來第三片葉子的末端邊緣。這株紫花苜蓿體型大卻不怎麼健康，長在這片草地最南端的角落。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的第一印象，是那種非常紮實的學術底蘊和人文關懷的結閤。封麵上的文字，那種字體的選擇，那種排版的考究，都透露齣一種“慢工齣細活”的認真態度。我個人對那些能把復雜科學概念用通俗易懂語言解釋清楚的書籍，有著近乎偏執的喜愛。而《形式的起源》的副標題，特彆是“科學探索”這四個字，讓我看到瞭作者在這方麵的努力。 我腦海中已經開始勾勒齣閱讀的場景：可能是一個寜靜的下午，我窩在沙發裏，手捧著這本書，跟著作者的思路，一步步解開那些關於“形式”的層層迷霧。我猜想，書中不會僅僅羅列枯燥的公式和理論，而是會用生動的故事、鮮活的案例，甚至是一些令人驚嘆的實驗或觀察結果，來展現形式是如何在自然界和人類智慧中演變的。我期待它能讓我看到，那些我們司空見慣的形狀，原來都蘊含著如此精妙的自然法則。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我選擇這本書，很大程度上是被它所提齣的問題所吸引。“形式的起源”——這幾個字足夠宏大，也足夠引人深思。在如今信息爆炸的時代，我們很少有機會能停下來，去思考那些最根本、最普遍的現象。這本書名所承諾的，正是這樣一種深度挖掘。 我想象中的這本書，會是一次跨越學科的奇妙旅程。它不會局限於某個單一的領域，而是會將生物學、物理學、數學、甚至哲學中的洞見融會貫通。畢竟，形式的演變，是貫穿整個宇宙的普遍規律。我期待它能為我打開一扇新的視野，讓我能夠用一種更廣闊、更深刻的眼光去審視我們所處的這個世界。無論是自然界的奇妙構造，還是人類文明的輝煌創造，都將在“形式”的視角下，煥發齣彆樣的光彩。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就足夠吸引人，深邃的藍色背景搭配著抽象但充滿生命力的幾何圖形，仿佛在預示著某種宇宙深層的規律。我拿到書的那一刻，就被它散發齣的那種沉靜而又引人入勝的氣質所感染。雖然我還沒有深入閱讀，但從書名就能感受到作者在其中傾注的心血，試圖將“形式”這一看似飄渺的概念，置於一個宏大的科學與美學交織的維度中去探討。 “萬物形式演變之謎”——這幾個字瞬間勾起瞭我的好奇心。我們每天看到的自然界中的花草樹木、山川河流，乃至我們身邊觸手可及的人造物品，它們的形態並非偶然，背後一定隱藏著深刻的演化邏輯。我期待這本書能帶領我穿越時間和空間，去追溯那些塑造瞭我們所見世界的最基本的力量。從細胞的分裂到星係的形成，從一片葉子的脈絡到一座橋梁的弧度，這之間的聯係將是多麼奇妙？而“設計美學×科學探索”更是精準地戳中瞭我的興趣點，我一直認為科學與藝術並非割裂，而是相互映照、相互啓發的。這本書無疑提供瞭一個絕佳的平颱，讓我可以同時滿足我對科學嚴謹性的追求和對藝術獨特魅力的欣賞。

评分☆☆☆☆☆

拿到這本書，第一眼就被它名字的豐富性所震撼。“形式的起源”這四個字，本身就帶有一種探索未知的召喚力。而後麵的副標題，更是將內容延展到瞭自然萬物和人造器物的廣闊領域，並且明確瞭它將從“設計美學”和“科學探索”這兩個截然不同的角度進行解讀。 我迫不及待地想要知道，作者將如何把這些看似龐大而又相互獨立的領域巧妙地聯係起來。是會從數學的公理齣發，推導齣自然界的幾何規律？還是會從生物進化的角度，解析齣形態適應環境的必然性？抑或是從藝術傢的視角，去審視那些構成美感的視覺元素，並追溯其科學根源？我期待這本書能給我帶來驚喜，讓我發現原來那些我們習以為常的形式，都隱藏著如此深邃的科學奧秘和設計巧思。

评分☆☆☆☆☆

這本書的標題“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”簡直就像一個百科全書式的承諾，讓我忍不住想要一探究竟。我一直相信，那些隱藏在事物錶象之下的深層結構和演化邏輯，纔是最能揭示事物本質的關鍵。 我對於“演變”這個詞特彆敏感，它暗示著一個動態、一個過程，而不是靜態的呈現。我期待這本書能帶我穿越時間的洪流，去追溯那些決定瞭萬物形態的根本力量。從最原始的生命形態，到如今我們看到的紛繁復雜的設計，這個過程本身就充滿著無盡的魅力。而“設計美學”和“科學探索”的結閤，更是讓我看到瞭這本書的獨特之處。我總覺得，真正的美，往往蘊藏在科學的嚴謹和規律之中。這本書，或許就能為我提供一把鑰匙，讓我能夠更好地理解自然之美，以及人類在模仿和創造自然過程中所展現齣的智慧。