馬斯克成世界首富，秘訣就在“第一性原理”？

馬斯克是世界首富，他旗下有特斯拉、SpaceX、推特等諸多著名企業(yè)。他能取得這樣的成功，與他善用“第一性原理”息息相關(guān)。受其影響，我們經(jīng)?？吹胶芏嗳寺暦Q自己也使用了第一性原理，其實這里不乏對第一性原理的誤用。

什么是第一性原理

第一性原理來自于物理學(xué)，就是用一個系統(tǒng)最底層的物理學(xué)方程去計算它可以出現(xiàn)的所有現(xiàn)象，所以也稱為從頭計算法，拉丁文是ab intio；與之相對的，是不去探究一個系統(tǒng)最底層的物理學(xué)規(guī)律，而是在現(xiàn)象層面總結(jié)一些規(guī)律，去做一些專門的快速的計算，拉丁文是ad hoc。

第一性原理在物理學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛。對于相對簡單的系統(tǒng)來說，通常會使用第一性原理來計算得到精確結(jié)果，比如計算原子，或是小分子的結(jié)構(gòu)，底層的物理學(xué)就是量子力學(xué)，可以用量子力學(xué)直接計算。對于相對較大的分子來說，用量子力學(xué)做第一性原理的任務(wù)會變得繁重，這個領(lǐng)域稱為量子化學(xué)，因為分子的組合，分解都屬于化學(xué)反應(yīng)，本質(zhì)上都是量子力學(xué)支配的動力學(xué)過程。量子化學(xué)的第一性原理計算需要借助計算機(jī)和專用軟件的力量。由于計算機(jī)軟硬件的進(jìn)步，第一性原理也從量子化學(xué)進(jìn)一步延伸到材料結(jié)構(gòu)計算，甚至生物大分子計算中。

第一性原理的計算難度會隨著系統(tǒng)變復(fù)雜而大幅提高，過程中需要做到很多近似模型，例如DFT，就是密度泛函理論，還有蒙特卡洛分子模擬等等。對于越來越復(fù)雜的系統(tǒng)，第一性原理越來越難以給出精確的定量結(jié)果，但至少能給出定性的結(jié)果，也就是抓住主要矛盾。

馬斯克如何使用第一性原理

馬斯克就是使用了第一性原理的思想指導(dǎo)他的創(chuàng)業(yè)。物理學(xué)專業(yè)出身的他，對第一性原理做了引申。世間萬物都要符合物理學(xué)規(guī)律，那么在技術(shù)方面，物理學(xué)規(guī)律就是本質(zhì)上不可逾越的紅線。如果一項技術(shù)去挑戰(zhàn)物理學(xué)規(guī)律，比如永動機(jī)挑戰(zhàn)能量守恒，那就是不可能實現(xiàn)的。但一項技術(shù)如果完全遵循已知的物理學(xué)規(guī)律，那他一定是可行的?？苫厥栈鸺?，長續(xù)航電動汽車，都在物理上可行。

但是馬斯克并不僅僅用物理學(xué)作為第一性原理。在商業(yè)方面，他也善于使用人類社會的基本原理作為第一性原理，那就是經(jīng)濟(jì)學(xué)。而很多科技創(chuàng)新其實忽視了經(jīng)濟(jì)學(xué)這個第一性原理。經(jīng)濟(jì)學(xué)原理要求一項新技術(shù)一定通過降本增效提高生產(chǎn)力，才能廣泛應(yīng)用。 降本和增效是兩個獨(dú)立的維度，市場能接受的新技術(shù)為以下三種情況：（1）保持效率不變或犧牲一點效率，同時大幅降低成本；（2）保持成本不變或增加一點成本，同時大幅提高效率；（3）同時大幅降低成本和提高效率，這種“天選之子”的技術(shù)非常稀有。

配圖來自圖蟲網(wǎng)

如果出現(xiàn)第四種情況，即大幅提升效率的同時大幅提高成本，它就會面臨非常困難的市場推廣，甚至國家層面無論出臺多么好的政策，都無法另其產(chǎn)業(yè)化。很多新興技術(shù)在提升效率的同時卻不計成本，導(dǎo)致其無法走出實驗室，或者只作為奢侈品服務(wù)富人階層。所以降本增效的這個第一性原理決定了科技產(chǎn)業(yè)必然要服務(wù)于勞苦大眾。

馬斯克通過火箭回收技術(shù)，讓衛(wèi)星的發(fā)射成本下降一個數(shù)量級，用波音公司和洛克希德馬丁公司十分之一的報價，從NASA手中拿到訂單。特斯拉電動車也是運(yùn)用了電力能源相比于化石能源的降本增效，雖然有前期的大量投入，但是長期從節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多個角度都會來帶來優(yōu)勢。

慎用第一性原理

使用經(jīng)濟(jì)學(xué)的第一性原理，很容易理解為什么半導(dǎo)體一定要不斷推進(jìn)先進(jìn)制程，同樣大小的集成電路，也就是芯片上晶體管一定要越做越多。因為芯片面向的是普通老百姓的市場需求，一定要走降本增效的道路。因為晶圓成本保持不變，而晶體管越小，單位面積的上能制造的晶體管數(shù)量就越多，單個晶體管的成本就會越低，固定面積的單個芯片的工作效率也會越高。

相反，很多高精尖武器的科技創(chuàng)新并不是面向普通老百姓的市場需求，量比較小，那就可以不受經(jīng)濟(jì)學(xué)第一性原理約束，可以不計成本地制造，但這就注定了它達(dá)不到科技產(chǎn)業(yè)的規(guī)模。

所以在科技產(chǎn)業(yè)上，物理學(xué)原理和經(jīng)濟(jì)學(xué)原理都是決定一項技術(shù)能否完成產(chǎn)業(yè)化的第一性原理，缺一不可。馬特·里德利在其《創(chuàng)新的起源》一書中對技術(shù)的演化給出了非常全面的理解和分析，并提出一句名言：“人們總是高估一項新科技帶來的短期效益，卻又低估它的長期影響”。

當(dāng)一項新科技只符合物理學(xué)的第一性原理，不符合經(jīng)濟(jì)學(xué)的第一性原理時，就是人們高估它短期效益的時候。當(dāng)這項新科技完成降本增效，那就是人們低估它長期影響的時候。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：張文卓

審核：羅會仟（中國科學(xué)院物理所 研究員）

出品：中國科協(xié)科普部

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