馬斯克成世界首富， 秘訣就在“第一性原理”？

善用物理學(xué)第一性原理和經(jīng)濟(jì)學(xué)第一原理是科技產(chǎn)業(yè)化成功的關(guān)鍵。

撰文 | 張文卓

近日，馬斯克重新登頂《福布斯》財(cái)富榜單頭名，他旗下有特斯拉、SpaceX、推特等諸多世界著名企業(yè)。他之所以能取得這樣的成功，他在采訪中透露，這與他善用“第一性原理”息息相關(guān)。受其影響，我們經(jīng)常看到很多人聲稱自己也使用了第一性原理，其實(shí)這里不乏對(duì)第一性原理的誤用。

什么是第一性原理？

第一性原理來(lái)自于物理學(xué)，就是用一個(gè)系統(tǒng)最底層的物理學(xué)方程去計(jì)算它可以出現(xiàn)的所有現(xiàn)象，所以也稱為從頭計(jì)算法，拉丁文是ab intio；與之相對(duì)的，是不去探究一個(gè)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(jì)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(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，人們通常會(huì)使用第一性原理來(lái)計(jì)算得到精確結(jié)果，比如計(jì)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(jì)算。對(duì)于相對(duì)較大的分子來(lái)說(shuō)，用量子力學(xué)做第一性原理的任務(wù)會(huì)變得繁重，這個(gè)領(lǐng)域稱為量子化學(xué)，因?yàn)榉肿拥慕M合，分解都屬于化學(xué)反應(yīng)，但本質(zhì)上都是量子力學(xué)支配的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。量子化學(xué)的第一性原理計(jì)算需要借助計(jì)算機(jī)和專用軟件的力量。由于計(jì)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(jì)算，甚至生物大分子計(jì)算中。

第一性原理的計(jì)算難度會(huì)隨著系統(tǒng)變復(fù)雜而大幅提高，過(guò)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(duì)于越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)，第一性原理越來(lái)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(duì)第一性原理做了引申。世間萬(wàn)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(xiàng)技術(shù)去挑戰(zhàn)物理學(xué)規(guī)律，比如永動(dòng)機(jī)挑戰(zhàn)能量守恒，那就是不可能實(shí)現(xiàn)的。但一項(xiàng)技術(shù)如果完全遵循已知的物理學(xué)規(guī)律，那它一定是可行的?？苫厥栈鸺?，長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車，都在物理上可行。

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(huì)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(shí)忽視了經(jīng)濟(jì)學(xué)這個(gè)第一性原理。經(jīng)濟(jì)學(xué)原理要求一項(xiàng)新技術(shù)一定通過(guò)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(gè)獨(dú)立的維度，市場(chǎng)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(diǎn)效率，同時(shí)大幅降低成本；（2）保持成本不變或增加一點(diǎn)成本，同時(shí)大幅提高效率；（3）同時(shí)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。

如果出現(xiàn)第四種情況，即大幅提升效率的同時(shí)大幅提高成本，它就會(huì)面臨非常困難的市場(chǎng)推廣，甚至在國(guó)家層面無(wú)論出臺(tái)多么好的政策，都無(wú)法另其產(chǎn)業(yè)化。很多新興技術(shù)在提升效率的同時(shí)卻不計(jì)成本，導(dǎo)致其無(wú)法走出實(shí)驗(yàn)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(gè)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(guò)火箭回收技術(shù)，讓衛(wèi)星的發(fā)射成本下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，用波音公司和洛克希德馬丁公司十分之一的報(bào)價(jià)，從美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）手中拿到訂單。特斯拉電動(dòng)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(zhǎng)期從節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多個(gè)角度都會(huì)來(lái)帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。

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，芯片上晶體管一定要越做越多。因?yàn)樾酒嫦虻氖瞧胀ɡ习傩盏氖袌?chǎng)需求，一定要走降本增效的道路。因?yàn)榫A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(gè)晶體管的成本就會(huì)越低，固定面積的單個(gè)芯片的工作效率也會(huì)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(chǎng)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(jì)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(xiàng)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(duì)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(xiàng)新科技帶來(lái)的短期效益，卻又低估它的長(zhǎng)期影響”。

當(dāng)一項(xiàng)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(shí)，就是人們高估它短期效益的時(shí)候。當(dāng)這項(xiàng)新科技完成降本增效，那就是人們低估它長(zhǎng)期影響的時(shí)候。

本文為科普中國(guó)·星空計(jì)劃扶持作品

作者：張文卓

審核：羅會(huì)仟（中國(guó)科學(xué)院物理所 研究員）

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

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