生命的物理學：從生命到經濟消長，讓物理學的建構定律解開演化的祕密

★美國Amazon4.4星 熱評推薦！
★《紐約時報》暢銷驚悚小說家、《人皮拼圖》系列作者傑佛瑞．迪佛盛情推薦！

生命與演化，只能用達爾文的演化論來定義？
世界頂尖的能源科學家，顛覆既有的生物學思維，以大膽、創新的觀點揭開萬物演化的奧祕――


獲獎無數的麻省理工學院博士、杜克大學教授亞德里安．貝贊（Adrian Bejan）主張，
這世界的萬事萬物莫不遵從「建構定律」（Constructal law），
無論有生命或無生命，例如河流、風、動物、人類和機器等萬物都在「演化」――改善機制，提高物質流動的效率。
他認為，物理能夠解釋一切演化現象，包括人類文明、經濟活動、體育競賽甚至政治選舉。

從物理學出發，貝贊教授以建構定律的角度，引領你重新觀看這個世界――

．生命是什麼？生、死與演化為什麼會發生？
．不必擔心世界會失控。為什麼？S-曲線能提供解答。
．如何改善能源的供給與經濟？
．人類文明如何高效演化？

物理意謂自然法則，「自然」即是萬事萬物，包括生命。
《生命的物理學》藉由生物與非生物的演化，探索一個終極問題：
如何善用能源、文化、經濟，以及周遭事物的資源而讓生命永續生存？
現在很清楚了，答案就是物理學！


本書特色
1.以突破性的觀點揭開萬物演化的奧祕
2.顛覆達爾文的演化論，從物理學的角度闡述萬物演化！
3.關於演化，讓你更富有想像力。

亞德里安•貝贊（Adrian Bejan）

麻省理工學院博士、加州大學柏克萊分校研究員、杜克大學機械工程學系講座教授，是世上最傑出的能源科學家之一。同時身兼葡萄牙的埃伍拉大學（University of Evora）、南非的比勒陀利亞大學（University of Pretoria）以及香港理工大學教授。
2001年，在全球機械工程領域中，他名列前一百位文章引用次數最多的作家；在熱力學領域，他獲得了國際最高榮譽，也是歐洲科學院院士及美國機械工程師協會的榮譽成員。他曾在十一個國家的大學榮獲十八個榮譽博士學位，著有三十本作品和六百多篇國際審議期刊文章。

譯者
王志宏 Chih-Hung Wang

英國蘭開斯特物理系博士，德國愛因斯坦機構訪問學者。
主要研究為廣義相對論、宇宙論、重力輻射以及黑洞理論。
現職為時空研究學苑執行長，以及時空研究書苑（出版社）專任講師。

吳育慧 Yu-Huei Wu

英國南安普敦大學數學博士（2007），英國劍橋大學應用數學與理論物理碩士，沃夫森學院（2002）。

經歷：
中央大學數學與理論物理中心博士後，北科大助理教授，中央大學天文所博士後，中研院博士後，英國南安普敦大學先修班講師，英國南安普敦大學數學系講師，德國愛因斯坦機構訪問學人，北京晨興數學中心訪問學人 ， 德國科隆大學理論物理機構訪問學人。
主要研究為黑洞理論、重力波、重力輻射、應用數學與理論物理。
目前為時空研究書苑（出版社） 負責人，時空研究學苑出版品課程企劃總編輯。

「作者獨特的物理學觀點，提供我們一種革命性的新方法，去看待、了解我們周遭的世界，無論是自然界、人體、政治或文化機構。本書寫作熟練靈巧，不管是專家或外行人都能深受吸引，是必讀之書。再不會有其他書能讓你以同樣的觀點看待生死或介於其中的事了。假如你喜歡賈德．戴蒙（Jared Diamond）的生物學相關著作，或史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）的宇宙學，你會愛上這本書。」――《紐約時報》暢銷書作家 傑佛瑞．迪佛（Jeffery Deaver）

「迷人且有詩意⋯⋯獨特且吸引人，這本書會讓你有餘音繞樑的感覺，占據你的意識，並促使你以嶄新的視野看待這個世界。」――《科克斯評論》

「在這部看似古怪，間或看得出巧思的作品，作者貝贊深入探討，進化並非生物學現象，而是物理現象。」――《出版人週刊》

「藉由本書所帶來的確定性，我們會在眾聲喧嘩的陰鬱中，找到充滿希望的訊息：未來將是有建設性的、具開放性的，且富含承諾。本書超越達爾文的《物種起源》（The Origin of Species），且足以與《數學原理》（Principia Mathematica）相比擬。」――《Remaking the City Street Grid – a new model for urban and suburban development》作者 Fanis Grammenos

「凡是對於財富、幸福、自由、體育、政治、城市、市場、物理學、生物學，或是對生命本身有興趣的人，都會發現這是一本啟發人心的好書。隨手翻閱書中的任何一頁，都能發現某個重要知識領域的迷人見解，讓你過得更好。」――暢銷書《投機客養成教育》作者 維特．倪德厚夫（Victor Niederhoffer）

推薦序
【用物理學解釋生命演化，顛覆你的思維】 王志宏，時空研究學苑執行長、譯者

第一次看到《生命的物理學》這本書，立刻受到封面的副標題「萬物的演化」（the evolution of everything）這幾個字所吸引。由於物理學家在探索宇宙的基本理論時，有一部分的動機就是希望找到能夠描述所有自然現象演化的理論，當然這些自然現象的演化也包含了生命的演化。但生命是如此的複雜，人類對於生命的起源與意識的基本定義仍充滿著未知，所以要從基本的物理定律去解釋生命的本質與演化，這當中似乎還有一段很長的路要走。但本書作者卻嘗試用物理學去解釋生命的演化現象，使我產生了極大的好奇心。
在閱讀過程中，我理解到作者對於生命的定義，和一般大眾所理解的生命定義是完全不同的。一般我們所認知的生命系統，通常是指含有細胞、基因等可以自行複製的生命物質，而無生命的系統則是包含各種礦物、海水等無生命的物質。然而在本書中，作者對於生命系統的定義，提供了完全不同的觀點。他認為，一個持續流動並且能夠自由變化的系統，就是一種具有生命的系統，所以探討生命的演化就是在探討一套流動系統的演進過程。從這個觀點出發，不論是地殼的演化或河流流域的演化，皆屬於生命演化的範疇。
在本書一開始，作者便對於所有流動系統的演化過程，提出一套基本定律，稱為「建構定律」。接著，作者開始進一步探討一些流動系統的演化，像是科技的演化、體育運動的演化、城市的演化、政治與經濟的演化等，並且闡述了這些系統的演化過程與建構定律之間的關係。他更進一步嘗試用建構定律去預測流動系統未來的演化行為。根據作者在書中的探討，你會發現，在不同領域的流動系統中，其演化過程似乎都存在著某些相同的特性，而且這些特性都是屬於物理學的範疇。
本書作者亞德里安．貝贊（Adrian Bejan）是美國杜克大學（Duke University）機械系教授，他的研究主要在應用物理與熱力學。本書可以發現，他所提出的建構定律和熱力學第二定律中，闡述了「熵的增加」之間存有某種關係。在一個物理系統的演化過程中，熵的增加所代表的是系統演化的時間方向，但時間的方向要如何在建構定律中闡明出來，本書的第九章提供了有趣的探討。
對我而言，很大一部分的閱讀動機，是希望能夠從書中獲得一些有趣的想法與觀點，並且從閱讀中拓展自己的視野。在翻譯本書過程中，我看到了作者探索生命演化的議題過程中所提出的新思維與觀點，這讓我重新思考了有生命和無生命系統之間，可能存在的相似性，也讓我理解到科技的演化、城市的演化與政治經濟的演化之間，存在著某些共通性。
推動生命的演化是一種渴望，一種想要讓流動持續下去的渴望，而演化的過程中所存在的自由度，讓這些流動的系統可以更容易地流動下去，這樣的演化結構就是作者的建構定律所要表達的。我相信在本書中，作者利用科學的分析方法，建立了許多有趣的關聯性，將可以提供給你不少新的觀點與視野。

【前言】

　生存或是死亡，這甚至不是重點所在。生命是自然界俯拾可見的現象，廣義來說，能自由改變的運動都可視為生命。每一個移動、流動或是衝撞都展現了一種傾向，就是讓「運動」更容易，並藉由改變運動的結構、路徑及節奏，使其得以持續。無論是有生命或無生命的領域，這樣的演進過程與運動的終結（死亡）都是自然的。
　問題在於從物理學的角度來看，生命是什麼？為什麼生命、死亡及演化會發生？
　我會在《生命的物理學》這本書中回答這個問題。事實上，如果我不知道答案，那甚至無法清楚地表達「生命是什麼」這問題。簡單來說，每一個發生的事件、每一個地方以及每一時刻都隸屬於大自然（以希臘文而言，就是物理）。透過人類平凡而渺小的視野，每一事物都遵循著物理定律。而這所說的物理定律，多半在中學時代已經學過，即便是不同世代的人也都能理解。
　在大自然中，原本靜止的東西是不會運動的，除非它們被推動或被拉動。無數個來自於自然界的「引擎系統」生成運動的能量，而這些引擎所需的燃料是以多種不同的形式存在，例如食物之於動物、汽油之於汽車、太陽能之於大氣與海洋環流，乃至於地表上所有水的流動等等。一旦運動開始之後，動力就會遭到破壞――能量會因「煞車系統」而逸散，進入並影響原先企圖阻止運動的周遭環境。引擎系統和煞車系統是兩種如地球一般古老的自然現象。
　生存與演化的現象其實是藉由動力的產生與耗散，以推進地球上的一切運動，無論是有生命的或無生命的，諸如河流、風、動物、人類和機器等等。這截然不同的觀點立基於最根本的物理學，稱為「建構定律」。
　若要用物理的角度來探究生命問題，便需在達爾文以降的主流描述方式之中摻入一點物理風味。單單用描述的方式是無法抓住物理的精髓。讓我們來看看為什麼需要將物理學納入討論：某些東西在一個區域內移動並擴散（例如動物、瘟疫、河流、礦物開採或是新聞），它們的擴散過程會符合著名的S-曲線現象（S-curve phenomenon）：一開始，增長得很慢，然後變快，最後又趨於緩慢。一些已存在的範例說明了S-曲線現象是來自於競爭、生存與資源的競爭、繁殖率、地域性和機率等等。但這是根據物理學的哪個定律呢？生存與資源的競爭、繁殖率和三角洲流域附近的支流分布、雪片的結晶體積，或是一篇科學期刊的引用次數之間到底有什麼關係？
　從物理的角度切入，生命與演化的現象乍看之下確實令人不解。對於地球生命的未來，與其認為最後會消亡，物理學的建構定律提供了一個相對樂觀的看法，這也是我為何要寫下這本書的理由。讓我來舉些例子。
　這個世界的能量和水是不會用完的。撒哈拉沙漠擁有充足的太陽能，而剛果則有充沛的降雨。為了可以持續運動（或者說，達到永續生存），這個世界需要的是將有用的能量和可飲用的水，順利導入人類的居住地。這意味著在缺乏電力的地方需要各式各樣的電廠，而乾旱的土地需要不含鹽分的水。
　沒有群體會願意減少燃料的消耗，因為沒人喜歡貧窮多於富裕，或是喜歡死亡勝於存活。爭辯該降低對環境的衝擊，等同於爭辯該減緩運動，也就是削減生命本身。
　燃料一向以特定的階層架構而消耗，而這種階層結構在運動中處處可見，從三角洲流域到全球空中運輸，都是少數大的（河道或飛機）帶動多數小的一起流動。
　在地球上，任何事物的運動形式的演進，包括人類的，都會自然地趨向階級分層的結構。這個世界擁有精緻的結構，其上堆疊著各種階層結構的「流域」，少數的大渠道伴隨著許多的小渠道，互相依賴、彼此協助，讓流動更有效率並維持流動的能量。
　同時具備快、慢的流動方式會優於只有快或慢的單一方式。流速快的是數量少的大渠道，流速慢的則是數量多的小渠道，如此便可有效率地讓水流遍布整個區域。我們可以發現這種階層結構自然地出現在各處，從都市裡的交通運輸到肺部的氧氣傳送，以及大腦中快慢不同的反應。
　這個世界並未失控，為什麼？因為在一個有限範圍內，每個正在擴展的流動現象注定會遵守S曲線的過程。初期，流動的擴展速度較慢，到了成長時期，擴展的速度會變快，但最後成熟期的擴展速度又會下降。在任何流動的擴展過程中，不會出現「指數」型或「爆炸」型的增長。
　這世界不會變得越來越複雜，而後陷入失控。複雜度是穩定且可預測的，例如人類肺臟的二十三支氣管分支。當然，越大的肺臟或越大的流域也會顯得越複雜，因為它們的階層建構在較大的空間內。紐約市的交通運輸比英國杜倫市的交通複雜得多，但是這些複雜的運作並未失控；如果真的失控了，其中的任何一種流動，無論大小都會終結。
　物體的尺寸大小關乎速度、更長久的生命及效率，這在許多事物的運動中都能見到：動物、飛機、河流、大氣噴流、滾動的石頭和漩渦，我們在各種科技與運動競技中都目睹了這樣的演化過程。舉例來說，商用飛機已經演變成外型看起來像一隻鳥：越重的飛機擁有越大的引擎、負載越多的燃料，機翼和機身等長。越大的飛行物體會負載越多的燃料、擁有越長的機身，以及越久的飛行時間。
　在運動競技中，現今的百米賽跑是由身材較高的跑者所主宰，因為邁得更大的步伐讓他們能早些抵達終點。尤賽恩・波特（Usain Bolt）和河馬有著相似的衝刺速度，是因為他們的身材高度相近。
　但尺寸大小並非決定演化走向的唯一條件。在短跑競賽中，除了步伐大小，能夠快速邁步也是另一項優勢。而在長跑競賽中，相反的演化趨勢（趨向尺寸較小的跑者）才是邁向勝利之道。從物理學的觀點來看，這些相互矛盾的演化走向都是可預測的。
　城市則是自然而非隨機地持續發展，而且其特徵（時間、地點和大小）也是可以被物理定律預測的：大街與小巷、高速公路或環狀道路。城市的建設就像人類那些不知不覺開展的設計：火、動力、言語、寫作、科學、法律、錢財、溝通交流與永續性，它們皆便利了人類的生活。
　好主意可以廣泛傳播，而且會持續地傳播下去。所以，這些持續演變、流動的設計就意味著「好」。因此想要丈量一個主意有多好，只要觀察其具體實踐時，經由當時該地流動設計的演化與改善，能夠增加多少人為的移動。
　就物理學的觀點而言，知識包含了想法和行動；優良設計的試金石就是實踐，到最後，好用的才會留下來。這就是為什麼好的改變會自然而然地擴展開來，這是演化的本質，也是演化從不停止的理由。

　生命和演化都屬於物理學的範疇。與過往的生物學相比，我們應該用更寬廣的視野，看待並理解這些地表上的重要現象。例如牛頓力學的第二運動定律和熱力學定律，它們能解釋所有可以想見的狀況，生命與演化也是一樣。
　我很確定你已了解生命與演化的物理觀點，但也許是以不同的名詞呈現：比如自我組織（self-organization）、自我優化（self-optimization）、天擇、自我潤滑（self-lubrication）、湧現（emergence）等等。我甚至確定你沒有意識到，自己所知道的概念是普遍成立的（普適性）。以物理的觀點來看，這類自我的、天然的、湧現的進程，都明白地指向同一個現象，總結為建構定律。
　而我鼓勵你們，說出及寫下你們心中的想像，來完成這本書中所描繪的景象。
亞德里安・貝贊（Adrian Bejan） 2016.03

譯者序
前言
1. 生命問題
2. 世界的渴望
3. 財富是有目的的流動
4. 科技的演化
5. 體育競技的演化
6. 城市的演化
7. 成長
8. 政治、科學與設計的改變
9. 時間箭頭
10. 死亡問題
11. 生命與演化的物理
致謝

【第一章】
生命問題
The Life Question

生命是什麼？當然，這是一個大哉問。1944年，諾貝爾物理獎得主薛丁格（Erwin Schrodinger）在其知名著作《薛丁格生命物理學講義：生命是什麼？》（What is Life? with Mind and Matter and Autobiographical Sketches）中，英勇地嘗試回答這個問題，出發點則是活細胞的基因學和生物學。「生命是什麼」對哲學家和科學家來說，是個古老且令人困惑的問題。在數個月前，美國科學作家賈布爾（Ferris Jabr）在《紐約時報》（The New York Times）發表文章，表示科學沒有辦法回答這個基本問題。「生命是什麼？科學無法告訴我們……科學家已經遭遇困難，也無法對生命提供一個精確且普遍可以接受的定義。」他補充道：「沒有東西是真的活著的。」當然，我不同意他的論點。
在本書中，我試著探索生命問題的本質，檢視萬物運動背後存在的最根本推動力與特性，而這些運動的過程都能自由地變化。自然涵蓋了萬物，從無生命的（如河流）到有生命的物質（如動物、人類、社會團體）。早在科學出現之前，這些推動力便一直存在著，例如：渴望活得更久、渴望食物、溫暖、力量、運動，以及能在周邊區域自由地通行。我會探究為什麼萬物都是一種「推動力」、為什麼這些推動力會自然而然地出現，又為什麼會出現在我們之中，以及萬物能夠自由移動與變化。
本書要探討的就是生命的推動力，這是一個生命問題（與其相反的就是死亡，而那是我們試著避免發生的問題）。不同於薛丁格，我會將這個問題明確地放在物理學――萬物的科學――的範疇內。
2012年，我在《大自然的設計》（Design in Nature）一書中，提到關於大自然中的組織結構現象及其物理法則。該法則即是我在1996年提出的「建構定律」。根據建構定律，生命是一種可以自由演化的運動，無論是有生命還是無生命的領域。活著就是自由變化的流動結構和節奏，促使流動更容易。當運動停止時，生命也就停止了；當運動沒有變化的自由，並且無法找到更大的通道時，生命便停止了。
在建構定律之中，到處都是生命現象，而生命包含了無生命的範疇（像是河流、閃電、雪花、空氣的紊流）和有生命的範疇（像是動物、植物，社會與科技）。從這個角度來看，生命現象比生物圈還要古老，因為地球科學中所探討的無生命流動，要比生物學探討的有生命流動來得久遠。
生命、組織和演化都是物理的一部分（希臘文physika意指自然的事物），它們各有其遵守的物理定律。我明白即便是受過科學教育的人，也不容易接受生命是一種物理現象，且由各種流動的系統組成──囊括非生物、生物及人為的系統，它們可任意地混成並邁向更大的自由度。畢竟，「生物學」這個詞的意義便是了解生命（希臘文bios），即使是小孩子也能區分生物的運動與非生物的動態（像是河流、風、洋流、火山、雪、閃電和地震）之間的差異。
　所有物體運動的自然趨勢，從物理學的觀點來看都是一樣的。一個19世紀初的小孩想起貨車時，會聯想到具有生命的馬匹；而現在的小孩則會將貨車聯結到無生命的汽油、引擎，以及加油時父母所支付的金錢。而在讀完本書之後，未來的小孩會將錢、汽油、馬匹和馬所需要的燕麥連結起來。
這就是知識演化的方式――科學、科技和物理定律都會成為文化的一部分。那些看起來直觀卻又被片段理解的知識，逐漸變成一個更大、更簡單的集合體。每個新世代的孩子長大之後，會成為更有知識的父母和老師，同時會漸漸忘記無知與零散的過往。知識具有傳染力，而且能自然地散播出去。藝術和科學對我來說沒有什麼不同，都是一種動態的圖像，兩者擁有相同的內在樂趣，無論是創作一件充滿啟發性的藝術品，還是提出深刻的科學思想，觸發一連串的心靈圖像。在類別上，科學家與藝術家可以歸屬於同一類。
自由地改變形態的運動是一種宏觀現象，一個在運動的實體是相對於一個沒有在運動的環境。「運動」是一種清晰可見的相對性，我們這些觀察者將這樣的運動賦予了許多名稱，比如：組織、系統、配置、設計、構造、改變、演化。這些名稱是我們的大腦能夠理解的，因為它們如同我們感官所經驗的的圖像一樣，非常頻繁地在大腦中出現。
十分有趣的是，看不到的分子、原子、次原子現象，無法在宏觀的生命現象中展現，要描述它們的隨機、不規則和布朗運動，與描述河流的路徑、肺中的氣流、城市和空中交通是不一樣的。
在本書中，我將進一步探討《大自然的設計》中出現的參數其更深的意義。藉由這諸多例證，能幫助你了解在現今居住的環境和文化中，生命法則的重要性。這些例子有新有舊，主要來自於地球科學和動物學的領域。當它們被放在一起看待的時候，並非如它們字面上的不同而有所差異，而是可視為同一種現象，因為自然界中的生命現象只有一種。我會解釋建構法則如何影響演化上可維持生命的設計：能量的產生和使用、運輸、科技的演進、新思想的傳播、設備、知識、財富與更好的政府。
當我完成《大自然的設計》一書時，其中最有趣的發現（也是燃起我撰寫本書的火花），是全球的空中交通運輸地理分布具有非常鮮明的階層結構（圖1.1）。即使空中交通聯結了全球所有人類居住的區域（就像大腦的腦皮層），大部分的空中運輸都會經過北大西洋。

人類的活動刻畫了地理和歷史，宛如各個河流集合而形成的流域，遍布了少數的大型主幹與眾多的支流，形塑著時常變動的世界地圖。這當中便隱含了階層結構。而我會從物理學的觀點出發並這般思考，是源於麻省理工學院帶給我的難忘教育。考慮到空中運輸必然依靠飛機引擎消耗燃油時，沒錯，空中交通運輸量的階級差異也會反應在使用的燃料量之上，同時也有著屬於自己的世界地圖。幾個燃料消費大戶和許多小型消費者，共同將空中交通的流動散布到全球人類居住的區域。整體來說，階級化的運量有利於所有運動的個體。
富裕時才會去旅行，由此我們可以迅速發現空中交通和燃料消耗的地理分布，闡明了全球的發展。北大西洋上方的空中運輸橋樑的兩側已經穩妥地建立起來（兩側的交流也有相當的歷史），而這兩側就是世界兩個最先進的區域――西歐和北美。這是為何我決定畫出各國一年的燃料消耗與經濟發展的關係圖（根據一年的國內生產總值 GDP）。
這個結果可以看出燃料消耗和「富裕」之間呈現了很清楚的正比。燃料消耗屬於物質（也就是有實體的，可以測量燃料的重量和燃燒時所產生的功率），但富裕和經濟學上常使用的概念（像是效用、金錢概念、變得更好）並不是實體；看來經濟也屬於物理學的範疇，因為物理學的領域包含了有實體和沒有實體的部分。
這讓我更進一步地發現，一個國家的燃料的年消耗量，遠超過該國航運所需。消耗掉的燃料驅動了所有在移動、衝撞、加熱與冷卻的萬物，換句話說，消耗的燃料推動了整個社會，讓其有了生機且能夠持續地維持。為什麼這裡要說「正在『動』的萬物」？因為一個國家的富裕情況（GDP），顯然與燃料消耗速率成正比，而燃料的消耗正是萬物能夠在一個社會下生存、移動和改變的原因。

為什麼每個個體或團體都渴望變得「富裕」？
答案可以歸納到一個單一的事實，那就是對於能自由自在運動的人或物而言，都傾向擁有更多的自由度來持續運動。這代表在圖1.2中，這些黑點一定會往右邊移動，消耗更多的燃料，而非更少。沒有人能削減燃料的消耗，因為沒有人喜歡貧窮勝於富裕，或是喜歡死亡勝於生存。
這就是關於本書如何開始的故事。在我腦海中出現的聲音，就是關於GDP和燃料消耗之間的關係，讓我質疑那些科學家、權威者、政治家以及大眾認為非常平淡無奇的看法，讓我能將所有的答案置於一把科學之傘之下。
本書將會揭露一個默默隱藏在科學中的真理。當科學與我們自身相關，並能為我們所用時，它會變得十分有趣。這是為何在這本書中的想法都是關於人們所需要的事物以及如何獲得，並且如何為人類建構更好的未來。
這本書源自於顯而易見的觀點：每個動物和人類都想擁有能量。這在吃或是消費的欲望上清楚可見，由圖1.2所展示的趨勢可見，動物需要食物，而交通工具與機械則需要燃料。在第四章人類與機械物種中將會提及，食物就是功率，從物理學的觀點來說，就是每單位時間所使用的有用能量或「有效能量」（exergy）。從功率中可獲得運動，例如：身體的運動、身體內部的運動（血液和空氣的流動）、外部的流動（運動、遷徙和運輸）。而從功率中，我們可以使用工具來確保自己的安全與舒適――溫暖的環境、可飲用的水源、身體的健康，以及打造安全的道路與橋樑，讓我們駕車或行走時不致斷裂。
在人類與機械物種中，我使用了「機械」一詞，但需要稍微解釋這個詞和汽車、發電廠、冰箱和製造業沒有關係。在此處，「機械」的意思根自於最古老的涵義，也就是「發明」（古希臘文為mihani），或者是一個讓人類的力量更有效率地發揮的精巧方法。每一件和我們有關的工藝品都是一種發明，比如襯衫、收成的糧食、從動物或是電源插座所獲得的功率。事實上，隨著世代演進，新的發明使我們更有能力、更強壯、更長壽。機械的概念不應該侷限或混淆於那些讓我們能力延伸的機器上。
人類一開始存在之時，機械即存在，在科學以機制和機械研究的樣貌開展時也持續地存在，如同幾何學一樣古老。機械這個詞本身便屬於物理學的領域，因為機械是有形的，類似「智人」sapiens（智慧，感知）一詞，但更為真實和可測量。文字有其意義，特別是在科學之中。

對於每個人來說，生命就像一場個人電影，或者說一場完全的個人秀。每個人同時擔任編劇、導演、製片人、演員、觀眾與評論家。每個人都在錄影的過程中不斷地改善情節。在這樣的個人電影中，情節走向和錄製方向一致，而這樣的電影也越來越長。
這部電影有開始，也有結束。在開始之前沒有任何東西可觀賞，在結束後也一樣。我們之中的某些人在經歷醫療手術而短暫失去意識的時刻，就像電影劇本包含了一場或更多的中場休息，這些中場休息類似於電影開場前或結束後的時間。有鑑於此，我們只有兩件事要做：改善劇本與享受這場秀。
我們對於生命的理解，往往侷限於不正確的二分法：自然vs.人工、有生命vs.無生命、生物vs.非生物、天然vs.培育。但大部分的人並未意識到，我們與相似的萬物並肩流動，就像雨滴落到平原上、水必定會回到空氣中，這途中流經了許多設計，例如樹狀流域；放牧和遷徙的動物；草地、樹木和森林；海洋波浪；沙丘；洋流和氣流，由倒下的樹木或斷枝形成的渦流、漩渦和亂流，流動或不流動的河流下游。這一切都是生命。
共生（symbiosis），是彼此可以相互獲利而產生的一種共同生活的動力，是物理的生命定律處處皆有的展現，無論生物或非生物。我們可以在兩條小河流匯集成一條河流時看到共生，也可以從植物根部的真菌、菌根的網絡與土壤的生命和流動中發現共生。每一個社會結構也是共生，因為驅使社會結構形成的動力是源自於利己。
並不是把為數眾多且較小的東西合成一個巨大的集合體，就是比較好的安排。是大是小、或多或少之間有著一定的平衡，巨大不見得就是最好的解答。平衡是取決於橫跨地域（生物、非生物、社會）的有效輸送，需要一些大型的輸送結構，同時也需要許許多多的小型載具。這一類的平衡，或說是階層架構，俯拾皆見，也闡釋了如何藉由各式流動涵蓋整個區域的妙方。
組織（也可說是設計）的發生極其自然。「組織」（organization）這個英文字點出了一個事實，就是組織而來的器官（the organ）是有生命的。伴隨著內部與周圍的流動，這些流動屬於更大的一個集合體，並在這個世界中變化形態，演進、增長、縮減和移動。合作是來自於每個個體想擁有更自由的運動，因應利己的需求而生成的一種設計－－我們彼此合作，是為了以更勝於個體的方式一起流動。這些合作像是可以讓事物流動的渠道，而渠道迎向流動，並與流動混合。這些渠道並非是「聯結」或「網絡」，更不是兩個或更多釘子中間的細線。
成長並不是演化，雖然這兩個詞彙都意指結構上的改變和流動，並且可以利用物理定律來預測，但它們是兩種不同的現象。成長是一種時間尺度非常短暫，且相較於演化是更為特定（有限制和局域性）的現象；而演化在本質上有如漫長史學般古老且具有普世性。從物理定律中，我的同事和我已經證實了成長是一種S-曲線現象，也就是一開始成長得很慢，接下來則會快速成長，最後則會趨緩慢且停滯。

本書將從物理出發，以最寬廣的科學觀念闡明演化的意義。演化意味著流動組織如何隨時間改變，以及如何朝著特定的方向發生，彷彿背後有著目的的驅使。演化對於科技、運動員、動物來說，和演化之於地球科學一樣地真實。在經濟、科技、無生命與有生命的系統中，量化演化或改變設計的效用是一致的，如果這變化幫助了整體的流動，便是有用的。這種現象特別彰顯在經濟與科技的演化中，總之，演化是不會停止。

「相信不斷追尋真理的人，懷疑已經發現真理的人。」――安德烈・紀德（André Gide），1947年諾貝爾文學獎得主

人類是全球生命系統的一部分，人類與機械物種每一秒都在演化，而且會越來越好。萬物都在流動和改變，這真的非常令人驚嘆。