科学力图通过看不见的自然法则解释各种现象，并在这一方面取得了较大的成功；艺术则更加主观、富于隐喻性质，并逐渐脱离现实主义的表现手法。艺术将现世交给科学去研究，自己面对的则是其他的世界。但是，“艺术欣赏”并不仅仅是指对艺术的欣赏。自然科学也会给人类对于艺术创作的兴趣带来启发。与此对应，随着科学家对于各种生命形态中的组织复杂性的研究成果越来越感兴趣，这也吸引他们去欣赏艺术作品，因为这里充满了结构精妙的实例。本书就是力图从一个科学家的视角，去审视通常被排除在科学研究范畴以外的几样事物。通常，人们对这些事物只是欣赏，而不作科学的解释。

我们人类使用两种方法探索周围的世界。一种是科学，通过优雅而精确的数学描述，使我们越来越深入地了解宇宙的性质，远远超出了人类经验的范畴。另一种是创造性艺术的途径，它深入挖掘我们的内心世界，调动我们的情感和想象力，通过艺术、语言和音乐表达我们的反应。然而，此二者真的像表面上那样截然不同吗？

在这一令人振奋的探索中，约翰·D·巴罗向我们展示了，人的体型及大小、人的审美感情，都是由我们所在的宇宙的物理性质所塑造的。他探讨了人类的一些艺术和音乐形式背后的数学关系和模式，以及它们与自然形态的联系，并指出人类世界的节奏——如昼夜和季节更替——如何在整个人类历史过程中，影响了我们的心理发展。

本书向我们展现了一系列精彩纷呈的观点，揭示出人类的存在深深植根子宇宙的经纬结构。

1.意想不到的故事

2.进化的影响

 看得见风景的房间：视角问题

 意念弯曲：思维和空间的扭曲

 继承者：适应与进化

 通天塔之后：语言的分化

 对现实的感知：思维图景的进化

 关爱地球：宇宙环境保护主义

 引力彩虹：世界的结构

 预知死亡：死亡和不朽

 人的因素：黑暗中的光明

 一个世界不够：伟大的幻象

3.大小、生命和地形

 脆弱的平衡：宇宙中的均衡

 人鼠之间：地球上的生命

 参差的边缘：生命的分形特点

 双边协议：欣赏曲线

 分形表现主义：杰克森·波洛克的奇怪绘画

 战争与和平：体积和文化

 远离狂热的人群：种群的大小

 危险的关系：复杂性、移动性和文化进化

 网络新闻：分支

 中间“小”人：跟中间人捣乱

 对手：合作的演化

 秘密花园：风景艺术

 风景中的数字：电脑艺术的困境

 午夜的孩子：星空初探

4.天空与地球

 去日留痕：生命的节律

 太阳帝国：季节更替

 太阳系以外的行星：空间偏见之一例

 一杯尘土：脚下的地球

 苍穹微石：月球

 正午的黑暗：日食

 村庄里的磨盘：游荡的北极星

 纸月亮：控制无序的行星

 我们眼中的火星：他们来自外太空

 星期四人：星期的起源

 长夜漫漫路迢迢：星座的来源

 血字研究：色视觉的来源

 向外拓展：世界的方式

5.声音的自然史

 奇职怪业俱乐部：音响领域

 理智与情感：时间问题

 附带产生的音乐：无害的副产品？

 玻璃珠游戏：天体音乐

 自动钢琴：数字和音乐

 寂静之声：解构音乐

 模仿游戏：单调乏味

 音乐之声：欣赏与倾听

 罗德里克。·兰登历险记：白色、粉色以及黑色的噪声

6.结果好万事好

康德认为，我们对于世界的观念和现实是分离的，中间隔着我们的认知器官。现在根据我们对于生物进化和环境的认识，这一观点应该修改一下，因为认识也受进化的影响。柏拉图最先认识到“观察”也涉及行为。在“接收”到感觉之前我们就已有了感觉。但是这一具有潜在深度的想法却伴随着一个不太令人信服的论点，即我们对事物的直觉之所以产生，是因为我们对所能遇到的各种事物的蓝图，拥有某种先知先觉的了解。要是按这种方式设计一个系统，其效率可是太低了。康德描述的方式比较经济：他认为人类对各种特殊的知识并非生而知之，而只是具有一般的范畴和理解模型。通过这些范畴，我们就能建构关于事物的观念，就像能够用砖块造房子一样。所有正常人都具有同样的内在的思维范畴。但为什么会如此？康德无法说明这种思维范畴是如何产生的，因此也就无法确定它们为什么不会突然改变，或者人与人之间的思维范畴为什么没有不同。

关于事物本质，我们目前所了解到的有一至关重要的事实，然而康德却不曾认识到它。我们知道外部世界不是从一开始就造好的。它也受不可避免的力量的主宰。这种观点从19世纪开始出现。当时，天文学家开始知道太阳系是从更早期的无序状态演变而来；地质学家开始逐渐了解化石记录证据的意义；随着时间流逝，物理学家开始掌握物理系统中掌控所有变化的定律。但在所有这些贡献中，最重要的要数达尔文的进化论。而且现在我们也意识到，进化论教给我们的不仅是有关果蝇以及动物栖息的知识，还能给康德所提出的现实和观察到的现实之间的关系这样的深刻的哲学问题带来启发。

考虑一下生物变得越来越复杂的进化过程，我们就会不再对于人类为何拥有类似的思维范畴感到神秘。我们为何会拥有现在这些思维范畴，以及为何它们不因时间的转换而改变？其原因在于，这些范畴随着人类的大脑通过自然选择过程一起进化了。这一过程对发生了适应变化的经验进行处理，将其中最准确地塑造了隐藏在那些经验背后的真正现实的图像选择出来。因此，进化生物学就为关于世界的一个重要部分的现实主义的观点提供了支持：防患于未然可以带来生存优势。比起防患策略程度较低的物种，许多防患策略不仅带来生存优势，还是任何复杂生物保持存在的必要条件。自发产生的大脑，如果其中的图像与外部世界的现实不匹配，就无法生存。因为那样的大脑所具有的思维模型在面对经验的时候会产生错误的思维。我们的头脑和身体所表达的信息，源自自身发展所处的环境。这一点无论我们喜欢与否，都无法改变。我们的眼睛是通过对光的适应过程而进化出感光细胞。眼睛的结构告知我们光的真实属性。认为我们关于光的所有知识不过是头脑的创造，这样的观点是站不住脚的。正因为我们关于光的知识是头脑的创造，它才包含了潜在的真实的元素。我们具有眼睛这一事实，见证了存在所谓的“光”这种事物。

虽然我们不知道自己是否是地球之外宇宙中唯一的生物，至少我们在地球上并不孤独。人类以外，还有其他的生物具有“意识”，能够对周围的世界产生复杂的思维模型。某些生物，假设自身处于和过去类似的环境中，也会按照同样的方式发展。这些生物会因此而建立思维模型，模拟出自身未来的发展途径。另外一些生物，比如鳄鱼，就没有这种将过去、现在和未来联系起来的能力。它们永远生存在“现在”。所有的植物和动物体内都编码了关于宇宙的某种模型或某种理论，这些模型或理论有助于它们在其经历的环境中生存。这些模型的复杂程度大相径庭。我们知道，蚂蚁的基因编码可以让它执行蚂蚁王国中的特定的活动。这个编码具有关于这个世界的一点点简单的模型。黑猩猩关于实体世界的模型就复杂得多，但我们知道，它仍然比世界的本来面目简化了许多。我们可以将黑猩猩置于超出它理解能力范围的场合，比如让它进入飞行模拟器。虽然我们对于世界的认识更加复杂，超过了地球上任何其他的生物，但这种认识还是相当不完备的。其最突出的地方，乃是它能够认识到自身的这种认识必然还不完备。观察椅子的时候，我们知道自己所接收的信息，仅仅是观察者所能获知信息的一部分。我们的感官能力存在限度。我们只能“看见”特定波长的光，只能“闻到”特定范围的气味，也只能“听到”特定范围的声音。如果我们什么也没看见，那也并不说明就没有东西存在。我们感官的范围，不论是在数量上还是质量上，都是一种面对有限的资源进行选择的结果。我们也许可以演化出比现在的视觉强1000倍的能力，但是这其中的代价，可能是消耗了本可以用在其他方面的资源。我们目前的总体感官能力，是对现有资源最有效的利用。P34-36

生命，和科学与艺术类似，也是关于世界的理论：对于人类来说，这种理论具有人体的形式。现存的生物都经过了一系列的适应调整，其中大多数的调整都是有益的，而且没有一样带来致命的灾难，这些生物的调整都是针对未来的生存环境，都有特殊的期待。如果这些理论成立，那么生命就会生生不息，繁荣昌盛；但是，一旦生物跟不上环境条件的变化，就会没落消亡。

科学与艺术是人类最独特的创造。此两者，是人类试图超越现有视野的明证。它们也是人类对世界的客观和主观认识的最高成就。然而，虽然科学与艺术来源相同——两者都是基于对事物的观察——但它们所激发的关于外部世界的理论，却截然不同。这些理论包括外部世界的含义，其内在的联系是什么，以及我们应如何判断外部世界的主次。

科学与艺术自此分野。科学力图通过看不见的自然法则解释各种现象，并在这一方面取得了较大的成功；艺术则变得更加主观、富于隐喻性质，并逐渐脱离现实主义的表现手法。艺术将现世交给科学去研究，自己面对的则是其他的世界。但是，“艺术欣赏”并不仅仅是指对艺术的欣赏。自然科学也会给人类对于艺术创作的兴趣带来启发。与此对应，随着科学家对于各种生命形态中的组织复杂性的研究成果越来越感兴趣，这也吸引他们去欣赏艺术作品，因为这里充满了结构精妙的实例。本书就是力图从一个科学家的视角，去审视通常被排除在科学研究范畴以外的几样事物。通常，人们对这些事物只是欣赏，而不作科学的解释。

环境保护主义是人们热衷的谈资。为此，我们也需要了解宇宙环境对于我们的身心产生了哪些影响，以至形成了现在人体的结构、人的想法，以及人的偏见。天文学家证明了，我们生存的宇宙巨大而古老，黑暗而寒冷；然而宇宙除去这些特征之外，也别无其他的可能。因为我们会发现，要想让宇宙中存在生命，那么宇宙就必须满足这些基本要素。而且，从这些支撑生命的特性出发，我们对宇宙产生了一种特殊的理解。其他的观察者很可能也产生类似的理解，不管他们是何物种。本书将探讨宇宙的结构如何影响我们对宇宙的哲学思索和感性认识；如果发现地球以外的生命，将会对人类的哲学理念发生何种难以预料的冲击；滋养生命的行星所必然具备的特点，如何影响了这个星球上生物的结构和行为；以及布满恒星的夜空，它曾引发了人类无穷无尽的想象和解释，如何影响了我们的时间观念，令我们产生了宿命的观点。对这些问题的思索，还将带领我们不时踏上意料之外的小径，让我们去思考我们过去的环境如何影响产生了优越环境的概念，并反过来影响了我们对自然风景的艺术欣赏。本书还将对人们对电脑艺术略显暧昧的喜好，提出新的观点，并进而探讨电脑艺术到底是不是真正的艺术这一困扰人们已久的话题。我们还将研究自然界的颜色是如何产生的，以及色彩如何使生物形成了彩色的视觉，并影响了现代艺术以及现代社会对色彩的象征意义的应用。讨论完视觉，我们再来讨论声音，这里我们将思考音乐的起源。与其他具有高度组织性和复杂性的艺术形式相比，音乐具有特殊的影响人类情绪的能力。探索音乐的起源和结构，我们会发现，在人类所欣赏的所有音乐背后，都有确凿的证据表明，存在一种共通的因素，将音乐和人类这两者，与周围环境的整体结构联系在一起。

以前，人类学家和社会学家强调的往往是人类艺术和社会活动的多样性，但却忽视了生命的共同特点(这些特点其实都根源自我们所处的宇宙环境的普遍性)，也忽视了这种能够产生生命的环境所必然呈现的特点。长期以来，科学所关注的只是外部世界的规则性和简约性，忽视了不规则性和复杂性。与此相对照，我们的艺术追求的则完全是多样性和艺术形式的不可预知性，将人类和这些复杂的形式以及其背后宇宙所提供的环境联系在一起。对人类行为、思维以及创造性的研究，往往是见复杂性，而不见简约性。而反映了对称性的科学，现在终于开始面对多样性的问题。从创造性活动的成果中，科学将会找到具有高度组织性和复杂性的最引人注目的例子，并转而为我们找到审视人类的触觉、味觉、视觉和听觉等根源的新视角。

许多人都直接或是间接，自觉或不自觉地为这一工作作出了贡献。在这里，我要感谢Mark Bailey，Margaret Boden，Laura Brown，Guiseppe Caglioti，Paul Davies，John Grandidge，Mike Land，John Manger，John Maynard Smith(已故)，William McCrea爵士，Stephen Medcalf，Jim Message，Leon Mestel，Geoff Miller，Marjorie Mueller，Andrew Murray，Carl Murray，Keith O'Nions，Mike O'Shea，Tim Roper，Robert Smith，David Streeter，Debbie Sutcliffe，Roger Tayler(已故)，Frank Tipler，以及Tatyana Tchuvilyova。

写作往往给作者的家人也带来很多麻烦，因此他们显然比一般人更能感到写作中的困难。夫人伊丽莎白给了我大量的帮助。我们的孩子，戴维、罗杰和路易斯，饶有兴趣地看我写作，怀疑我这个既不会打电脑游戏，也不会鼓捣摄像机的人怎么能算得上是科学家，而且他们也宣称，有朝一日他们也会写出自己的书。

约翰·D·巴罗

1995年4月于布赖顿