作为一名设计理论学者，作者以独特的思考角度向我们展现了观察世界的另一种方式，以专业的理论知识向我们解释了周遭环境中的事物为什么是如今的形式以及如何发展为现在的形式，也即“形式的起源”。本书旨在鼓励读者关注并理解自然界和人造环境的复杂构成。书中的附注和实例涉及了广泛的领域，包括了机械、结构和材料领城的知识，也有地质学、生物学、人类学、古生物学、形态学等学科的内容。对于那些渴望了解这个世界的人来说，这些内容会让他们恍然大悟，并惊叹大千世界如此有趣。

第一章 形态和物质

州际公路上有一辆飞驰的汽车，它的发动机嗡嗡作响，里面的气态化合物、混合物、分子和单原子经过一系列复杂的级联反应之后，将一个氢原子从冒泡的充电电池里喷了出来。这个氢原子随着一阵风飘进了路旁的村庄。距离它上一次享受自由之身已经过去了两年时间，这两年它都在汽车电池里度过，此时才又从电池里的盐酸化合物中挣脱了出来。这辆汽车疾驰而去，消失在公路的尽头，它最后卷起的风把氢原子高高地抛向草场上空。氢原子随后又向西飘游了20英尺，就在这时，有两个原子同时朝它飞来，它们转瞬之间就合成了一个分子。就这样，这个氢原子的自由状态转瞬即逝，与它结合的是一个氢原子和一个氧原子—这个新的组合就是一个水分子。在傍晚的热流里，这个全新的分子晃晃悠悠地升上了天空。

时值旱季，空气中仅有少量水分子。虽然各水分子之间是相对独立的，但它们还是在上升的气流中不断跳动着，只要互相接近到一定程度，就会立刻结合在一起。分子们互相结合，形成了肉眼可见的水滴，在一片苜蓿地上空1 000英尺的高度上静静地飘浮。太阳落山以后，温度下降，水汽凝聚在一起，水滴变得越来越大，当它大到无法继续在空中漂浮的时候，就落了下来。

第二天清晨，一滴露珠停留在一片苜蓿叶上，而之前的那个氢原子也在其中。不一会儿，露珠吸引了更多的水分子，然后掉进了土里。随着白天温度升高，靠近草场地面的大部分水汽都会蒸发，变成水蒸气后再度飞上天空。然而，我们的氢原子已经随着水滴进入了泥土。它在泥土中停留了三天，直到附近的一株苜蓿的根毛在土壤微粒之间的孔洞中抓到了它。苜蓿的根尖细胞通过有丝分裂生成新细胞，每一个新细胞都会使根尖向土壤深处伸长万分之一英寸。最终，根尖接触到了富含水分的土壤层，小水滴被它迅速地吸收了。在接下来的5个小时里，这个氢原子辗转于苜蓿体内各种或复杂或简单的化合物中，在导管中游走了2.5米。最终，它在一种还包括6个碳原子、6个氧原子和另外的11个氢原子的黏稠液态化合物上安了家，而这个化合物分子就是葡萄糖分子。这株苜蓿生长于田野最南端的角落里，体形高大却不太健康，我们的氢原子所在的分子位于自上往下数第三片叶子的外边缘。

九月到了，这株苜蓿经过收割、晾晒、扎捆后，被贮存在谷仓里。次年二月，这株苜蓿的叶子成了一头奶牛的食物。在奶牛进食后的几个小时里，这个氢原子经过消化、吸收、循环、分配、利用等活动后重获自由，并被再次吸收。到了午夜时分，在奶牛侧腹部皮层内部，这个氢原子被牢牢地固定在新生毛囊壁中的化合物中。这根毛发生长了整整一个冬季，春季来临时，它脱落下来，掉入了泥土中。在光照、温度、湿度合适的环境中，细菌分解了这根毛发，使其逐渐腐烂，随即一阵旋风刮起，把这个重获自由、活蹦乱跳的氢原子吹到谷仓上空。

这个氢原子在有机生命体中的旅行只是一个短暂的插曲，而一块石头却能牢牢抓住一个原子长达数十亿年。只有地球表面的环境发生了改变，岩石中的原子才能再次获得自由。对深埋在地表之下数千英尺的原子来说，重见天日的可能性微乎其微。

原子是构成物质的最小单位。一种材料内部的原子组成结构决定了它的属性。原子是元素的构成单位，是非常稳定的结构单元，能够承受几乎所有的冲击，如高温、化学反应、电击等，并保持自身完好无损。大多数原子都能够没有时限地稳定存在。有些原子会长时间地以单原子的形态漂浮在空间之中，只因它们找不到可以结合的同伴；而另一些原子则更容易与其他原子结合，在万物生长—衰亡—生长的循环之中，一些活泼的原子，如碳原子和氧原子，会不断地参与到其中无穷多种的物质合成过程中。很多物质在形成后可以存在一段时间，但终将分崩离析，此时原子就会启程去合成新物质。

定义物质的最小单元是原子，但原子其实还可以分解为更小的单元。深入到原子内部，人类发现亚原子（电子、质子以及不断被发现的其他粒子）还可以继续被细分下去，而且这种解构的过程可能是没有尽头的。在我们所知的任何物质中，也许并不存在某种不可分割的粒子，因此，想搞清楚物质的起源几乎不太可能。尽管物质可以消失，物质所在的空间却完全是连续不断的，空间这个连续体可以在无穷小的物质中和无穷大的宇宙中穿梭自如。从根本上讲，空间的存在或许比物质更加真实，物质可能是负向的，可能由漂浮的洞堆积而成，也可能悬浮在整个实体空间里。

第三章 尺 寸

“如果地球引力增加一倍，我们将无法再用双足直立行走。大多数陆生生物会变得像蛇一样爬行，鸟类也同样会遭殃，但昆虫受到的影响就小得多了，一些体形较小的昆虫几乎不会变化，微生物则完全不会受到任何影响。而如果地球引力减半，我们会变得更轻盈、更苗条、更灵活，所需的能量和热量、肺容量、血流量以及肌肉都会减少。而微生物却一点好处都捞不到。”

在暮春时节的一场暴风雪中，一棵巨大的老橡树被沉甸甸的积雪压断，但对5英寸高的树苗来说，即使它被压弯的程度是老橡树的两倍，也可以在积雪融化后恢复原状。就维持自身形态的能力而言，小体形物体比大体形物体更强，体形越大的事物，越难以通过调节自身结构来应对外力。当我们谈及材料和结构时，就不可避免地需要考虑其相对大小了。

世界上有巨大的猫，也有小巧的犀牛；有大面积的水坑，也有小片的海洋。尺寸是相对的，我们的个人经验与所处环境决定了我们对尺寸的认知：椅子离桌子很远，但你去往隔壁小镇却只是一次短途旅行；在地面上的孩子眼中，父母就像是巨人，但从一架正在起飞的飞机窗户向外看去，他们变得像蚂蚁一样小，随着飞机升高，他们更是变成难以分辨的小点；在蚊子看来，蝴蝶既肥胖又蛮横，而在变形虫眼中，蚊子也是一头大型怪物。

但是规模或尺寸又是绝对的。我们可以按照尺寸大小将生命体和非生命体进行绝对的划分。尽管我们可以通过双眼和工具来观察物质的微小颗粒和广袤的宇宙，但我们依然需要面对那些无法触及的世界。这些世界被封闭在相对狭小的尺度里，这种尺度给物体强加了一个牢笼，决定了它们的形态。

第五章 代代相传：来自过去的影响

尚不能制造工具的人类走出森林来到旷野之后，他们的身体和头脑也跟着发生了改变。在旷野中，身体的移动交由双腿全权负责。他们的脚变得更加适应行走，双手也得以空闲出来，可以自由地抓握、搬运和使用物品。旷野中的生活充满危机，所以被随意摆弄的石块就有了新的用途。因为速度和力量都不是人类的优势，所以石块成了防御和进攻的武器。起初，人类发现石块、树枝和骨头可以用作武器；之后，这些工具在偶然间得到了改进；再后来，对它们的改进有了明确的目的性。

事实上，探索发现、发明创造以及这两者会产生的影响，都有着一定的顺序，因为这些活动的偶然性、出现的时间和有意观察事物的过程都会有相应的影响。偶然的发现来源于简单的大脑，但要意识到“发现”的重要性，还需要智力的作用—尽管这需要耗时很久。也就是说，有了智力，人类就可以对事物进行评价，去其糟粕，取其精华，也可以有意地让某些偶然事件反复出现—这也就开启了人类使用工具的第一步。

图5-1中两种用于切割的工具之间有着非常明显的差别，一种是天然的带有锋利棱角的石块，另一种是被有意打磨出锋利棱角的圆形石头。起初，人们或许对已发现的可以用作工具的物件进行过有目的的分类，并从中选出最佳的形状。之后，人们偶然发现将石块敲碎可以得到想要的形态。从此以后，工具的制作开始按照一定程序进行。上述的过程被称为“原发性突变”（Primary Mutation）。在“发现”确立起来之后，“变化”通常会接着发生，人们会有意或无意地改进物品的使用功能，这个过程被称为“自由突变”（Free Mutation）。例如，早期的农户会把带有分叉的树枝改造成挖掘棒。他们发现把树枝稍做修剪，就可以使其起到支撑脚的作用，这有助于人们挥动手臂把挖掘棒推入土中。

新版序言                                                  1

前 言                                                     3

第一章 形态和物质                                         1

第二章 支撑与连接：结构的组成要素                         25

第三章 尺 寸                                              51

第四章 功能对形态的影响                                   71

第五章 代代相传：来自过去的影响                           87

第六章 生态表现型效应：环境对形态的影响                   105

第七章 目的论：世界共同体                                 119

第八章 巧合与无规律性                                     139

注 释                                                     147

出版后记                                                  157