什么是第一性原理,它有什么重要意义

Question

如题所述

Answer 1

第一性原理是一种计算物理或计算化学的专业术语，通常指的是基于量子力学原理进行的计算。这种计算方法遵循物质由分子构成，分子由原子组成，原子则由原子核和电子相互作用的基本原理。通过量子力学的计算方法，可以准确预测分子的结构和物质的性质，而不需要依赖于经验参数。
狭义上的第一性原理计算，也被称为从头算，它完全基于电子质量、光速、质子中子质量等基础物理常数，不使用任何经验参数。然而，这种计算方法通常速度较慢。为了提高计算效率，研究人员引入了一些经验参数，尽管这会略微牺牲计算结果的精度。
“第一性原理”这个术语的由来与“第一推动力”的概念有关，后者源自牛顿的宗教信仰。牛顿的第一定律表明，物质在无外力作用下会保持静止或匀速直线运动。如果宇宙最初是静止的，那么一切运动都源于某个“第一推动力”。现代科学认为宇宙起源于大爆炸，但大爆炸的原因仍然是个谜。这些无法解释的现象被归结为所谓的“第一原理”。爱因斯坦晚年的研究也试图找到统一所有物理定律的“第一原理”。
尽管目前还没有确切的答案，量子力学计算因其能够从本质上揭示分子结构和物质性质，被认为很接近于反映宇宙本质的原理，因此被称为第一性原理计算。广义上，第一性原理计算包括基于Hartree-Fock自洽场计算的ab initio从头算，以及密度泛函理论（DFT）计算。有些人认为，ab initio计算特指从头算，而第一性原理计算则主要指密度泛函理论计算。