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第一性原理 第一性原理 计算物理或计算化学专业名词  根据原子核和电子相互作用原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一性原理。 狭义上，第一性原理计算方法即从头算。它的基本思想是将多个原子构成的体系看成是由多个电子和原子核组成的系统，并根据量子力学的基本原理对问题进行最大限度的“非经验性”处理。它只需要几个基本常数就可以计算出体系的能量和电子结构等物理性质。第一性原理计算可以确定已知材料的结构和基础性质，并实现原子级别的精准控制，是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。不过，第一性原理计算效率低下，常需引入一些经验参数，来提升计算速度和扩大计算规模，但会不可避免地牺牲一定的计算精度。 第一性原理计算不需要开展真实的实验，极大地节省了实验成本，现已被广泛应用在化学、物理、生命科学和材料学等领域。 基本信息
沈海军教授编审专家 同济大学航空与力学学院 基本简介 第一性原理，英文名：First Principle，是一个计算物理或计算化学领域的专业名词，广义第一性原理计算泛指所有基于量子力学原理的计算。 物质由分子和原子组成，原子由原子核和电子组成。量子力学计算根据原子核和电子的相互作用来计算分子结构和分子能量（或离子），然后得出物质的各种性质。 狭义的第一性原理计算被称作从头算（ab initio），指不使用经验参数，只用电子质量，光速，质子中子质量等少数实验数据去做量子计算。从头算的计算效率低下，所以常需要引入一些经验参数，来提高计算速度和计算规模，但会不可避免地牺牲计算精度。[1]  第一性原理 为什么称量子力学计算为第一性原理计算呢？大概是因为这种计算能够从根本上计算出来分子结构和物质的性质，更能反映宇宙的本质，故而得名。 广义的第一原理包括以Hartree-Fork自洽场计算为基础的ab initio从头算，和密度泛函理论（DFT）计算。也有人主张，ab initio专指从头算，而第一性原理和所谓量子化学计算特指密度泛函理论计算。 补充解释 第一性原理就是从头计算，不需要任何参数，只需要一些基本的物理常量，就可以得到体系基态的基本性质的原理 其他领域的应用 总结起来，第一性原理计算，就是从最基础的条件和规则出发，不靠横向比较和经验结论而进行的计算。第一性原理思维，简单来说，可以归纳为“追本溯源，理性推演”。 2002年，美国太空探索技术公司SpaceX创始人埃隆·马斯克突发奇想，想将首枚火箭发送至火星。可是，他发现仅购买运载火箭的成本就高达6500万美元。于是，他采用第一性原理思维，将起初情况分解为最基础的问题，对比自造和采购的优劣势后，决定购买便宜的原材料自造火箭。于是，马斯克很快创立了SpaceX，并在几年时间内，把发射火箭的成本削减至原本的十分之一，大大地弥补了自造带来的那部分成本提升，让SpaceX成为了世界史上第一家成功发射火箭的私人公司。 著名汽车企业特斯拉（Tesla）早期开发电动车时，被电池的高成本所困扰。于是，创始人马斯克从第一性原理的角度进行思考，分析电池组的材料组成，发现购买成本和自组产品之间存在巨大价格成本落差。因此，特斯拉在2013年建立了电池厂，投产之后电池的价格下降了30%，每年可以支持150万辆电动车对电池的需求。 值得一提的是，目前家居行业涌现的“工厂直销”的商业模式，其实也是第一性原理的应用。 参考资料 [1] 第一性原理[引用日期2017-05-23] |
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