第一性原理
計算物理或計算化學專業名詞
根據原子核和電子相互作用原理及其基本運動規律，運用量子力學原理，從具體要求出發，經過一些近似處理后直接求解薛定諤方程的演演算法，習慣上稱為第一性原理。
狹義上，第一性原理計算方法即從頭算。它的基本思想是將多個原子構成的體系看成是由多個電子和原子核組成的系統，並根據量子力學的基本原理對問題進行最大限度的“非經驗性”處理。它只需要幾個基本常數就可以計算出體系的能量和電子結構等物理性質。第一性原理計算可以確定已知材料的結構和基礎性質，並實現原子級別的精準控制，是現階段解決實驗理論問題和預測新材料結構性能的有力工具。不過，第一性原理計算效率低下，常需引入一些經驗參數，來提升計算速度和擴大計算規模，但會不可避免地犧牲一定的計算精度。
第一性原理計算不需要開展真實的實驗，極大地節省了實驗成本，現已被廣泛應用在化學、物理、生命科學和材料學等領域。
第一性原理，英文名：First Principle，是一個計算物理或計算化學領域的專業名詞，廣義第一性原理計算泛指所有基於量子力學原理的計算。
物質由分子和原子組成，原子由原子核和電子組成。量子力學計算根據原子核和電子的相互作用來計算分子結構和分子能量（或離子），然後得出物質的各種性質。
狹義的第一性原理計算被稱作從頭算（ab initio），指不使用經驗參數，只用電子質量，光速，質子中子質量等少數實驗數據去做量子計算。從頭算的計算效率低下，所以常需要引入一些經驗參數，來提高計算速度和計算規模，但會不可避免地犧牲計算精度。
第一性原理
為什麼稱量子力學計算為第一性原理計算呢？大概是因為這種計算能夠從根本上計算出來分子結構和物質的性質，更能反映宇宙的本質，故而得名。
廣義的第一原理包括以Hartree-Fork自洽場計算為基礎的ab initio從頭算，和密度泛函理論（DFT）計算。也有人主張，ab initio專指從頭算，而第一性原理和所謂量子化學計算特指密度泛函理論計算。
第一性原理就是從頭計算，不需要任何參數，只需要一些基本的物理常量，就可以得到體系基態的基本性質的原理
總結起來，第一性原理計算，就是從最基礎的條件和規則出發，不靠橫向比較和經驗結論而進行的計算。第一性原理思維，簡單來說，可以歸納為“追本溯源，理性推演”。
2002年，美國太空探索技術公司SpaceX創始人埃隆·馬斯克突發奇想，想將首枚火箭發送至火星。可是，他發現僅購買運載火箭的成本就高達6500萬美元。於是，他採用第一性原理思維，將起初情況分解為最基礎的問題，對比自造和採購的優劣勢后，決定購買便宜的原材料自造火箭。於是，馬斯克很快創立了SpaceX，並在幾年時間內，把發射火箭的成本削減至原本的十分之一，大大地彌補了自造帶來的那部分成本提升，讓SpaceX成為了世界史上第一家成功發射火箭的私人公司。
著名汽車企業特斯拉（Tesla）早期開發電動車時，被電池的高成本所困擾。於是，創始人馬斯克從第一性原理的角度進行思考，分析電池組的材料組成，發現購買成本和自組產品之間存在巨大價格成本落差。因此，特斯拉在2013年建立了電池廠，投產之後電池的價格下降了30%，每年可以支持150萬輛電動車對電池的需求。
值得一提的是，目前家居行業湧現的“工廠直銷”的商業模式，其實也是第一性原理的應用。
基本信息
- 中文名
- 第一性原理
- 外文名
- First-Principles
- 適用領域
- 運用量子力學原理
- 屬性
- 是計算物理或計算化學專業名詞
- 影響
- 只需用到最基本的方程與物理常數