第一性原理（英文译名：First Principle），又称从头计算法，是指回归到事物本源去思考基础性的问题，从物质和世界的最本源出发思考事物。它是一种可以透过现象看本质的能力，也是一种建立可信赖逻辑模型的思维模式。
第一性原理出自2300多年前的古希腊哲学家亚里士多德的《形而上学》，其基于量子力学理论，并拓展至密度泛函理论。后来因埃隆·马斯克推崇而广为人知。第一性原理有归纳与演绎两种方式。归纳法是指前提正确，结论不一定正确；演绎法是指前提正确，结论一定正确。
第一性原理是人类智性的产物，体现了“格物穷理”的求知意志和价值追求；它追根溯源，重根基、抓要义、提神髓，从本质上认识事物，被广泛应用于物理、商业、教育、法律等领域。
定义
第一性原理是一种建立可信赖逻辑模型的思维模型，是指一种可以透过现象看本质的能力。第一性原理不是一个新概念，是个计算物理专业名词，广义的第一性原理计算指的是一切基于量子力学原理的计算。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。在现实生活中，第一性原理是指打破一切知识的藩篱，回归到事物本源去思考基础性的问题，在不参照经验或其它的情况下，从物质和世界的最本源出发思考事物。
发展历史
第一性原理出自2300多年前的古希腊哲学家亚里士多德的《形而上学》。亚里士多德在书中这样表述第一性原理：“在每一系统的探索中，存在第一性原理，是一个最基本的命题或假设，不能被省略或删除，也不能被违反。”简单来说，在任何一个逻辑系统中，某些原理可能由其他假设推导出来，而第一性原理不能从任何其他原理中推导出来，是决定事物最本质的法则。从第一性原理出发，可以衍生出其他次级原理和命题，并构建出一个完整的逻辑体系。欧几里得《几何原本》就是从为数不多的公理出发，推导出所有定义和命题，从而构建出整个几何体系。
17世纪，德国哲学家、数学家戈特弗里德·莱布尼茨在预见了现代逻辑学和分析哲学诞生的同时，也深受经院哲学传统的影响，更多地应用了第一性原理或先验定义，而不是通过实验证据来推导以得到结论。1687年，艾萨克·牛顿发表论文《自然哲学的数学原理》对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后3个世纪里物理世界的科学观点，并成为现代工程学的基础。
19世纪，德国机械唯物主义哲学家费尔巴哈批评了格奥尔格·威廉·弗里德里希·黑格尔的唯心主义，恢复和发展了唯物主义。他在自然观方面，坚持了物质第一性的原理，坚决否认在物质之外还有什么独立存在的精神，指出黑格尔所说的“绝对精神”不过是雅威的别名而已。他认为思维是从存在中产生而存在却不是从思维中产生，对物质与精神的关系作了唯物主义的解释，正确地解决了物质和精神的关系这一哲学的根本问题。19世纪末，黑体辐射、光电效应等科学现象无法被牛顿经典力学所解释。
20世纪，伴随计算机运算能力高速发展，计算材料学不断发展为材料领域的重要分支，理论模拟可准确预测材料特性，进一步降低实验成本与时间消耗且为设计新型材料提供思路和可能性。进而提出了第一性原理计算方法，该方法摒弃了经验参数，遵循Schrödinger方程，计算多粒子体系研究电子结构，进而获得材料相关性能。20世纪中后期，第一性原理的发展受计算机数据处理能力的限制。随着大数据的快速读取存储、CPU的并行运算、服务器的智能化管理、云计算服务的发展等计算技术的突飞猛进和相关量子力学理论知识的快速发展，第一性原理的应用范围拓展至密度泛函理论。21世纪，第一性原理因埃隆·马斯克推崇而广为人知。马斯克就是使用了第一性原理的思想指导他的创业。他对第一性原理做了引申。世间万物都要符合物理学规律，那么在技术方面，物理学规律就是本质上不可逾越的红线。如果一项技术去挑战物理学规律，比如永动机挑战能量守恒，那就是不可能实现的。但一项技术如果完全遵循已知的物理学规律，那它一定是可行的。可回收火箭、长续航电动汽车都在物理上可行。
原理方式
第一性原理有归纳与演绎两种方式。
归纳法
归纳法，或称归纳推理，是指人们以一系列经验事物或知识素材为依据，寻找出其服从的基本规律或共同规律，并假设同类事物中的其他事物也服从这些规律，从而将这些规律作为预测同类事物的其他事物的基本原理的一种认知方法。它基于对特殊的代表的有限观察，把性质或关系归结到类型；或基于对反复再现的现象的模式的有限观察，公式表达规律。杨振宁先生将其概括为抓住新的现象，抽取其中精髓，并用最基本原则来验证。
归纳法大致可以分为两类：空间性归纳和时间性归纳。空间性归纳：把在一个地方，一个群体的性质，归到所有地方，所有群体的性质，就叫做空间性归纳。比如说，在欧洲看到的所有的天鹅都是白色的，所以，全世界的天鹅都是白色的；时间性归纳：把在过去或者现在积累的经验，归纳到未来，认为未来也和现在和过去一样，这叫做时间性归纳。比如说，在过去的时间和经验里，太阳总是从东方升起，所以将来太阳还会从东方升起。
演绎法
演绎法，或称演绎推理，是指人们以一定的反映客观规律的理论认识为依据，从服从该认识的已知部分推知事物的未知部分思维方法，是由一般到个别的认识方法。演绎法是认识“隐性”知识的方法。杨振宁先生简单地将其概括为从高深的原则开始，借助前人的经验，推理得到最终的结果。
演绎法是对理性逻辑的演绎。演绎法是基于理性进行推论的最主要的逻辑形式，它有一个极具价值的特点：可以从已知模型推出新模型。也就是说高手如何找到自己的那个逻辑模型，就是靠演绎法。从已经被证明的道理当中出发，去推出新的道理，或者说从已经被证明的重要学科的重要理论当中，推出新的理论出来，这就是演绎法。
应用领域
物理
对于相对简单的系统来说，通常会使用第一性原理来计算得到精确结果，比如计算原子或是小分子的结构，底层的物理学就是量子力学，可以用量子力学直接计算。对于相对较大的分子来说，用量子力学做第一性原理的任务会变得繁重，这个领域称为量子化学，因为分子的组合、分解都属于化学反应，但本质上都是量子力学支配的动力学过程。量子化学的第一性原理计算需要借助计算机和专用软件的力量。由于计算机软硬件的进步，第一性原理也从量子化学进一步延伸到材料结构计算，甚至生物大分子计算中。
商业
马斯克正是运用第一性原理的思维方式来引领他的创业之路。作为物理学背景的专家，他对第一性原理进行了深入的拓展和应用。世间万物皆遵循物理学的基本规律，因此，在技术领域，这些规律构成了不可逾越的底线。任何试图挑战物理学定律的技术设想，如永动机违背能量守恒定律，都是不可实现的。相反，那些严格遵循已知物理学规律的技术，如可回收火箭和长续航电动汽车，在物理层面都是可行的。
马斯克不仅仅限于物理学领域的第一性原理应用。在商业领域，他同样擅长以人类社会的基本原理——经济学作为第一性原理。遗憾的是，许多科技创新项目往往忽视了这一重要原则。根据经济学原理，新技术必须能够通过降低成本或提高效率来提升生产力，从而实现广泛应用。降本和增效是两个独立的考量维度，市场接纳的新技术通常符合以下三种情况之一：（1）在保持效率不变或略有降低的同时，显著降低成本；（2）在保持成本不变或略有增加的基础上，显著提升效率；（3）同时实现成本的显著降低和效率的显著提升，这样的技术尤为罕见，堪称“天选之子”。
若新技术出现第四种情况，即效率显著提升但成本也大幅增加，那么它将面临严峻的市场推广挑战，即便有国家层面的政策支持，也可能难以实现产业化。许多新兴技术虽在效率上有所突破，却因不计成本而难以走出实验室，或仅限于服务少数富人。因此，降本增效这一第一性原理决定了科技产业必须服务于广大民众，实现真正的社会价值。
马斯克通过火箭回收技术，成功地将卫星发射成本降低了一个数量级，以波音公司和洛克希德·马丁公司十分之一的价格赢得了美国航空航天局（NASA）的订单。特斯拉电动车则利用了电力能源相对于化石能源的降本增效优势，尽管初期投入巨大，但从长远来看，在节能减排、产业结构优化等方面均展现出很大的优势。
教育
第一性原理与“上游思维”有异曲同工之妙，即不断向上追问找到源头的过程。比如，在纠结教学目标是否应该增减时，以及教学目标设计是否体现了DOK的四个层级时，可以向上追溯：课堂教学的首要目标是什么。佐藤学曾说，一堂课的首要目标是让学生能够安心地说出自己不懂的问题。这就意味着，创设心理安全的课堂表达环境，善待学生粗糙甚至错误的表达比知识目标达成本身更重要。
第一性原理告诉教师，当回到事情的原点思考问题的时候，就会有更高的站位。要有超越技术，超越课时目标、学科目标，甚至超越课堂的视野——眼中有人，能看见人的成长。此外，在课堂教学改革中要用好“指南针”，因为在复杂的丛林中“指南针优于地图”；在穿越洞穴的时候，手中有火把，还要眼中有“洞口之光”。无论是有效教学、高效课堂，还是大单元教学、大概念教学、跨学科教学等，当放在第一性原理下重新审视的时候，就会发现无论某个经验多么重要，都不是让悬置学生站在课堂最中央的理由。
法律
第一性原理主张用物理学的思维看待世界、分析问题，透过现象看本质，旨在让人关注事物的本质。这种思维模型重视归纳，从最基本的真理开始推理，明显优于类比推理，可以提升思维质量、优化决策，对刑法学研究也具有重要意义。通过第一性原理分析方法可知，诈骗罪、盗窃罪、抢夺罪和抢劫罪的法益分别是实质处分权、形式处分权、意志对抗权和保护权。如此能清晰地区分四个罪名，简洁明了、易于掌握，可以解决很多实际问题，也经得起各种疑难案件的考验。实务中可能出现侵犯后权利未遂和侵犯前权利既遂，或者行为过程中已经侵犯了后权利而不知，这时应该按照主客观相统一原则来处理。
社会价值
第一性原理意味着任何事物存在和任何现象的发生，都不是无缘无故的，其背后一定存在一个根本原因。弄清这一根本原因，一切就便于处理和解释了。它要求思维一层层深入挖掘，直至剩下最基础的事实真相。其蕴含的哲学原理很深，依赖独立思考和层级分剖，不断将思考推至深广乃至极限，完成一次认识上的飞跃和思维升级。第一性原理是人类智性的产物，体现了“格物穷理”的求知意志和价值追求；它追根溯源，重根基，抓要义，提神髓，从本质上认识事物；它从哲学和生命智慧的高度来看待世界和所有事物，超越行业与学科鸿沟，意义重大，适用范围最广，放射着人类最美好的光芒。
参考资料
韦编|第一性原理与归纳、演绎.百家号.2024-09-25
马斯克成世界首富，秘诀就在“第一性原理”?.微信公众平台.2024-09-26
以“第一性原理”思考教学.百家号.2024-09-26
由第一性原理重构四个侵财犯罪的分析框架.青海司法行政网.2024-09-26
由第一性原理重构四个侵财犯罪的分析框架.智慧普法平台.2024-09-26
随笔 | 第一性原理:“最伟大的真理最简单”.微信公众平台.2024-09-26
物理学领域里著名的“两朵乌云”.中国军网.2025-08-12