第一性原理（英文譯名：First Principle），又稱從頭計算法，是指回歸到事物本源去思考基礎性的問題，從物質和世界的最本源出發思考事物。它是一種可以透過現象看本質的能力，也是一種建立可信賴邏輯模型的思維模式。
第一性原理出自2300多年前的古希臘哲學家亞里士多德的《形而上學》，其基于量子力學理論，并拓展至密度泛函理論。后來因埃隆·馬斯克推崇而廣為人知。第一性原理有歸納與演繹兩種方式。歸納法是指前提正確，結論不一定正確；演繹法是指前提正確，結論一定正確。
第一性原理是人類智性的產物，體現了“格物窮理”的求知意志和價值追求；它追根溯源，重根基、抓要義、提神髓，從本質上認識事物，被廣泛應用于物理、商業、教育、法律等領域。
定義
第一性原理是一種建立可信賴邏輯模型的思維模型，是指一種可以透過現象看本質的能力。第一性原理不是一個新概念，是個計算物理專業名詞，廣義的第一性原理計算指的是一切基于量子力學原理的計算。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。在現實生活中，第一性原理是指打破一切知識的藩籬，回歸到事物本源去思考基礎性的問題，在不參照經驗或其它的情況下，從物質和世界的最本源出發思考事物。
發展歷史
第一性原理出自2300多年前的古希臘哲學家亞里士多德的《形而上學》。亞里士多德在書中這樣表述第一性原理：“在每一系統的探索中，存在第一性原理，是一個最基本的命題或假設，不能被省略或刪除，也不能被違反。”簡單來說，在任何一個邏輯系統中，某些原理可能由其他假設推導出來，而第一性原理不能從任何其他原理中推導出來，是決定事物最本質的法則。從第一性原理出發，可以衍生出其他次級原理和命題，并構建出一個完整的邏輯體系。歐幾里得《幾何原本》就是從為數不多的公理出發，推導出所有定義和命題，從而構建出整個幾何體系。
17世紀，德國哲學家、數學家戈特弗里德·萊布尼茨在預見了現代邏輯學和分析哲學誕生的同時，也深受經院哲學傳統的影響，更多地應用了第一性原理或先驗定義，而不是通過實驗證據來推導以得到結論。1687年，艾薩克·牛頓發表論文《自然哲學的數學原理》對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此后3個世紀里物理世界的科學觀點，并成為現代工程學的基礎。
19世紀，德國機械唯物主義哲學家費爾巴哈批評了格奧爾格·威廉·弗里德里希·黑格爾的唯心主義，恢復和發展了唯物主義。他在自然觀方面，堅持了物質第一性的原理，堅決否認在物質之外還有什么獨立存在的精神，指出黑格爾所說的“絕對精神”不過是雅威的別名而已。他認為思維是從存在中產生而存在卻不是從思維中產生，對物質與精神的關系作了唯物主義的解釋，正確地解決了物質和精神的關系這一哲學的根本問題。19世紀末，黑體輻射、光電效應等科學現象無法被牛頓經典力學所解釋。
20世紀，伴隨計算機運算能力高速發展，計算材料學不斷發展為材料領域的重要分支，理論模擬可準確預測材料特性，進一步降低實驗成本與時間消耗且為設計新型材料提供思路和可能性。進而提出了第一性原理計算方法，該方法摒棄了經驗參數，遵循Schr?dinger方程，計算多粒子體系研究電子結構，進而獲得材料相關性能。20世紀中后期，第一性原理的發展受計算機數據處理能力的限制。隨著大數據的快速讀取存儲、CPU的并行運算、服務器的智能化管理、云計算服務的發展等計算技術的突飛猛進和相關量子力學理論知識的快速發展，第一性原理的應用范圍拓展至密度泛函理論。21世紀，第一性原理因埃隆·馬斯克推崇而廣為人知。馬斯克就是使用了第一性原理的思想指導他的創業。他對第一性原理做了引申。世間萬物都要符合物理學規律，那么在技術方面，物理學規律就是本質上不可逾越的紅線。如果一項技術去挑戰物理學規律，比如永動機挑戰能量守恒，那就是不可能實現的。但一項技術如果完全遵循已知的物理學規律，那它一定是可行的。可回收火箭、長續航電動汽車都在物理上可行。
原理方式
第一性原理有歸納與演繹兩種方式。
歸納法
歸納法，或稱歸納推理，是指人們以一系列經驗事物或知識素材為依據，尋找出其服從的基本規律或共同規律，并假設同類事物中的其他事物也服從這些規律，從而將這些規律作為預測同類事物的其他事物的基本原理的一種認知方法。它基于對特殊的代表的有限觀察，把性質或關系歸結到類型；或基于對反復再現的現象的模式的有限觀察，公式表達規律。楊振寧先生將其概括為抓住新的現象，抽取其中精髓，并用最基本原則來驗證。
歸納法大致可以分為兩類：空間性歸納和時間性歸納。空間性歸納：把在一個地方，一個群體的性質，歸到所有地方，所有群體的性質，就叫做空間性歸納。比如說，在歐洲看到的所有的天鵝都是白色的，所以，全世界的天鵝都是白色的；時間性歸納：把在過去或者現在積累的經驗，歸納到未來，認為未來也和現在和過去一樣，這叫做時間性歸納。比如說，在過去的時間和經驗里，太陽總是從東方升起，所以將來太陽還會從東方升起。
演繹法
演繹法，或稱演繹推理，是指人們以一定的反映客觀規律的理論認識為依據，從服從該認識的已知部分推知事物的未知部分思維方法，是由一般到個別的認識方法。演繹法是認識“隱性”知識的方法。楊振寧先生簡單地將其概括為從高深的原則開始，借助前人的經驗，推理得到最終的結果。
演繹法是對理性邏輯的演繹。演繹法是基于理性進行推論的最主要的邏輯形式，它有一個極具價值的特點：可以從已知模型推出新模型。也就是說高手如何找到自己的那個邏輯模型，就是靠演繹法。從已經被證明的道理當中出發，去推出新的道理，或者說從已經被證明的重要學科的重要理論當中，推出新的理論出來，這就是演繹法。
應用領域
物理
對于相對簡單的系統來說，通常會使用第一性原理來計算得到精確結果，比如計算原子或是小分子的結構，底層的物理學就是量子力學，可以用量子力學直接計算。對于相對較大的分子來說，用量子力學做第一性原理的任務會變得繁重，這個領域稱為量子化學，因為分子的組合、分解都屬于化學反應，但本質上都是量子力學支配的動力學過程。量子化學的第一性原理計算需要借助計算機和專用軟件的力量。由于計算機軟硬件的進步，第一性原理也從量子化學進一步延伸到材料結構計算，甚至生物大分子計算中。
商業
馬斯克正是運用第一性原理的思維方式來引領他的創業之路。作為物理學背景的專家，他對第一性原理進行了深入的拓展和應用。世間萬物皆遵循物理學的基本規律，因此，在技術領域，這些規律構成了不可逾越的底線。任何試圖挑戰物理學定律的技術設想，如永動機違背能量守恒定律，都是不可實現的。相反，那些嚴格遵循已知物理學規律的技術，如可回收火箭和長續航電動汽車，在物理層面都是可行的。
馬斯克不僅僅限于物理學領域的第一性原理應用。在商業領域，他同樣擅長以人類社會的基本原理——經濟學作為第一性原理。遺憾的是，許多科技創新項目往往忽視了這一重要原則。根據經濟學原理，新技術必須能夠通過降低成本或提高效率來提升生產力，從而實現廣泛應用。降本和增效是兩個獨立的考量維度，市場接納的新技術通常符合以下三種情況之一：（1）在保持效率不變或略有降低的同時，顯著降低成本；（2）在保持成本不變或略有增加的基礎上，顯著提升效率；（3）同時實現成本的顯著降低和效率的顯著提升，這樣的技術尤為罕見，堪稱“天選之子”。
若新技術出現第四種情況，即效率顯著提升但成本也大幅增加，那么它將面臨嚴峻的市場推廣挑戰，即便有國家層面的政策支持，也可能難以實現產業化。許多新興技術雖在效率上有所突破，卻因不計成本而難以走出實驗室，或僅限于服務少數富人。因此，降本增效這一第一性原理決定了科技產業必須服務于廣大民眾，實現真正的社會價值。
馬斯克通過火箭回收技術，成功地將衛星發射成本降低了一個數量級，以波音公司和洛克希德·馬丁公司十分之一的價格贏得了美國航空航天局（NASA）的訂單。特斯拉電動車則利用了電力能源相對于化石能源的降本增效優勢，盡管初期投入巨大，但從長遠來看，在節能減排、產業結構優化等方面均展現出很大的優勢。
教育
第一性原理與“上游思維”有異曲同工之妙，即不斷向上追問找到源頭的過程。比如，在糾結教學目標是否應該增減時，以及教學目標設計是否體現了DOK的四個層級時，可以向上追溯：課堂教學的首要目標是什么。佐藤學曾說，一堂課的首要目標是讓學生能夠安心地說出自己不懂的問題。這就意味著，創設心理安全的課堂表達環境，善待學生粗糙甚至錯誤的表達比知識目標達成本身更重要。
第一性原理告訴教師，當回到事情的原點思考問題的時候，就會有更高的站位。要有超越技術，超越課時目標、學科目標，甚至超越課堂的視野——眼中有人，能看見人的成長。此外，在課堂教學改革中要用好“指南針”，因為在復雜的叢林中“指南針優于地圖”；在穿越洞穴的時候，手中有火把，還要眼中有“洞口之光”。無論是有效教學、高效課堂，還是大單元教學、大概念教學、跨學科教學等，當放在第一性原理下重新審視的時候，就會發現無論某個經驗多么重要，都不是讓懸置學生站在課堂最中央的理由。
法律
第一性原理主張用物理學的思維看待世界、分析問題，透過現象看本質，旨在讓人關注事物的本質。這種思維模型重視歸納，從最基本的真理開始推理，明顯優于類比推理，可以提升思維質量、優化決策，對刑法學研究也具有重要意義。通過第一性原理分析方法可知，詐騙罪、盜竊罪、搶奪罪和搶劫罪的法益分別是實質處分權、形式處分權、意志對抗權和保護權。如此能清晰地區分四個罪名，簡潔明了、易于掌握，可以解決很多實際問題，也經得起各種疑難案件的考驗。實務中可能出現侵犯后權利未遂和侵犯前權利既遂，或者行為過程中已經侵犯了后權利而不知，這時應該按照主客觀相統一原則來處理。
社會價值
第一性原理意味著任何事物存在和任何現象的發生，都不是無緣無故的，其背后一定存在一個根本原因。弄清這一根本原因，一切就便于處理和解釋了。它要求思維一層層深入挖掘，直至剩下最基礎的事實真相。其蘊含的哲學原理很深，依賴獨立思考和層級分剖，不斷將思考推至深廣乃至極限，完成一次認識上的飛躍和思維升級。第一性原理是人類智性的產物，體現了“格物窮理”的求知意志和價值追求；它追根溯源，重根基，抓要義，提神髓，從本質上認識事物；它從哲學和生命智慧的高度來看待世界和所有事物，超越行業與學科鴻溝，意義重大，適用范圍最廣，放射著人類最美好的光芒。
參考資料 >
韋編|第一性原理與歸納、演繹.百家號.2024-09-25
?馬斯克成世界首富，秘訣就在“第一性原理”?.微信公眾平臺.2024-09-26
以“第一性原理”思考教學.百家號.2024-09-26
由第一性原理重構四個侵財犯罪的分析框架.青海司法行政網.2024-09-26
由第一性原理重構四個侵財犯罪的分析框架.智慧普法平臺.2024-09-26
隨筆 | 第一性原理:“最偉大的真理最簡單”.微信公眾平臺.2024-09-26
物理學領域里著名的“兩朵烏云”.中國軍網.2025-08-12