大家好！这里是天天听好书。今天我们要讲的是浙江教育出版社2021年5月出版的《形式的起源：自然造物和人类造物的设计法则》。

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作者克里斯托弗·威廉斯是美国著名建筑学家和设计师。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，也就是“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。

全书共八章。这里要讲的内容来自第三章“尺寸”。世界上各种生物体的尺寸大小与地心引力有什么关系？各种生物的体形大小又与生物自身的形态和结构有什么关系？与生命体的运行模式又有什么关系？这就是本章的内容。

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。

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。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。

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。科幻电影，甚至一些早期的昆虫学家，都曾设想过火车一样大的蚂蚁和楼房一般高的甲虫，随着它们体形的增大，它们的力量也会成比例地增强，甚至能摧毁城市，这些想象也是人们的乐趣所在。但是，这种设想是不可能成为现实的，因为随着体形的增大，昆虫的力量会小到几乎支撑不了自己的触角，它的足也会被身体压得粉碎。昆虫的中空外实的骨骼很可能破裂，因为昆虫的结构是在其尺寸的基础上设置的。以上就是相似法则，又称动力相似法则。

一棵小树的树干可以用作横跨小溪的步行桥，但是，如果要在一条宽14英里的大河上架桥，我们就需要更加细致地考虑桥梁的形态和结构了，因为即使是一根巨大的树干也难担此大任。在其他材料中也存在同样的现象：如果将一根与红杉树一般大的金属缝衣针插在一块巨大的针垫上，缝衣针会因其自身重力如同软石蜡一般地弯向地面，而红杉却可以避免这样的问题，因为红杉较轻，它的大小和结构是成比例匹配的。

在生物界，活动空间、材料构成、结构和形态共同决定了一个生命体应该长成什么样子。浆果、李子樱桃和柠檬轻巧地挂在树上；苹果和橘子相对于树的结构来讲稍显沉重；葡萄柚紧紧地拉着悬挂它们的枝干；瓜类则直接长在地上；秋天成熟的南瓜必须依靠一根极其粗壮的树枝才能稳稳地待在空中。

随着物体变大，其强度减弱，形态改变。尽管构成事物的基本物质大小不变，但事物的尺寸大小会显著地改变其自身形态，这种改变来自事物尺寸量级的变化。微小生物的发育不受重力影响。但是，这些微生物特别小，以至于它们所在的介质中的分子运动，都能对它们造成冲击，让它们摇来晃去。

对于较大型的动物而言，随着体形的加大，生命体的形态更易受到重力的影响，对结构的需求也变得更加明显。蚂蚁和甲虫的结构是由张力骨架支撑的空心壳。当生物的尺寸增加时，中空骨骼就会被大自然弃置一旁。相较于尺寸越大强度越低的中空管，骨骼作为一个有内部支撑的结构框架，能够更好地适用于大体形生物体内。更大型的动物拥有笔直的腿，以便更好地应对重力的增加。河马与大象堪称“巨无霸”，它们的腿是承受压力的直立柱体，位于庞大身躯的四角之下。

生物的尺寸不仅仅决定其自身形态，还能体现生命的运行模式。多数大型动物都具有较低的耗氧量、较低的能量损耗和食物摄取量，它们的行走或飞行速率非常迟缓，它们的声音低沉、心率缓慢，不过它们的寿命比小型动物更长。大多数小型动物摄取的食物量相对其自身大小而言是相当大的，它们的心率也非常快。小型动物行动起来快速又敏捷，相较于大型动物，它们的耗氧量与体形大小的比值更高，摄取的食物能量密度更高，声音也更加尖锐，只是它们的寿命更短小。

与大型动物相比，小型动物只需要花费很少的力气就能快速移动，不过它们需要对环境展现出更强的适应性。如果苍蝇的脚掌像大象一般平滑，那么一阵突然刮起的微风就能把它卷走。如果老鼠的爪子长成人类的脚的样子，那它就不能很好地抓牢地面，也难以获得足够的牵引力向前奔跑。从小型动物的钩状结构和吸盘，到中等体型动物的爪和手，再到大型动物的蹄就可以看出：随着体形的增大，动物对抓握技能的需求逐渐降低。大象有着平底的脚掌，在重力作用下就能稳稳站住。

对人类而言，尺寸大小造成的影响有利有弊。办公楼越大，所需的支撑结构就要按照相应的比例增加，但显露在外的表面积按比例来讲就越小，这意味着楼房的温度更好控制，使用效率会更高。

根据动力相似法则，大型油轮比小型船只更加高效。船身面积仅仅增大4倍，船的容积或有效载重量就能够增大8倍。当船体表面积占比减小时，船只受到水体的摩擦也相应减少，这意味着燃油的使用效率会更高。但另一方面，用标准的造船方法打造的大型油轮是存在隐患的，只要外部环境稍微有些恶劣，油轮就有发生断裂的危险。因此，大型油轮必须使用更坚固的结构。

在重力的作用下，材料和结构限制了事物的尺寸大小。除非合成出了某些具有大分子基础的新型材料，并且找到了新的建造方法，否则在我们这个星球是无法造出超大型结构的。在水下或许还有一丝可能。在外太空，或许有可能存在这样一个完美的结构，因为在外太空，这个结构可以减小它的表面积并增加体积，这就意味着使用的材料更少，而且结构的设计还不必考虑重力的影响。与那些受到重力影响的生物和建筑比起来，太空中的事物就像地球上的微生物一样，它们的形态构建相当自由。

总之，生物体尺寸的大小与地心引力的影响紧密相关。微生物完全不受重力影响，生物体体形越大，受到的重力影响越大，因此就需要更为坚固的结构和形态。同时，生命体体形越大，心跳越慢，食物消耗量占体重的比例越小，寿命越长。

好了！想了解更多内容，建议打开《形式的起源：自然造物和人类造物的设计法则》。感谢你天天听好书，我们明天见！