科学漫谈-元宇宙的第一性原理是什么?

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内容提要：

*  何谓元宇宙

*  何谓第一性原理

*  如何读懂第一性原理

*  探寻第一性原理

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欢迎回来。小米前任 VR 团队负责人马杰思这样说的：

❝
「元宇宙的第一性原理」：可以远程传递物理信息。
❞

小简对此表示质疑，很不解其中的含义。这个周末就让我们一起分析分析！
壹 何谓元宇宙？


2021年万圣节前夕，Facebook 的创始人扎克伯格宣布其公司改名为 Meta，并称：「我希望我们被称为一家元宇宙公司」。



让本来就热腾腾的元宇宙概念更热一层。

而春节上沈腾的一句：我要做元宇宙中的「DOGKING」。再一次引爆元宇宙的热搜。
1.元宇宙是什么？


其实，早在1990年「钱学森老先生」就提出了元宇宙的概念，也就是虚拟现实（Virtual Reality，缩写VR），只不过钱老提出的这个词语“灵境”，更具中国味儿。


灵境
用钱老的话来解释：

❝
灵境技术能大大扩展「人脑的知觉」，使人进入前所未有的新天地，新的历史时代就要开始了。灵境技术是继计算机技术革命之后的又一项技术革命。它将引发一系列震撼全世界的变革，一定是人类历史中的大事！
❞

可遗憾的是，钱老起的有着中国名的虚拟世界没能火起来，外国人给虚拟世界起的名却被一次次翻出来用。

1992年的时候，「尼尔·斯蒂芬森」在科幻小说《雪崩》中以「元宇宙代表平行于真实世界的社会化赛博空间」，用户可以匿名接入虚拟现实空间，交互、创造、生产和消费统统可以在元宇宙中实现。


尼尔·斯蒂芬森 美国著名的赛伯朋克流科幻作家
「这就是元宇宙的诞生」。
2.关于元宇宙的想象


说起来也是有趣，大概看多了科幻小说和斯皮尔伯格《人工智能》类的科幻电影，小简一直都有个科幻梦。

小时候就经常想，修剪草坪的时候能「闻到青草香」~



烤出来的面包「飘着麦香」~



炖出来的红烧肉散发着扑鼻的肉香......


何时，我们能够通过人工智能，在虚拟世界鼻子也能嗅得到「各类香味」，「味蕾能够品尝各类美食」，甚至还能理个发泡个澡之类的呢？而且，这些在虚拟世界中的变化是不是也能带入到现实中，让周围的朋友欣赏一下我的新发型呢？

❝
元宇宙是不是就是我们关于高科技的终极想象？
❞

有人提出：「元宇宙的第一性原理：可以远程传递物理信息。」

这里说的对不对？有些糊涂了，「第一性原理First Principles」 是什么？搞清楚这个东西，就立马判断出来了。
贰 何谓第一性原理？

1.第一性从何而来


第一性原理，来自于物理学，为什么它敢称第一？

因为这来自于牛顿提出的第一推动力。

❝
高中时的牛顿第一定律讲的是：

物质在不受到外力的作用下，它会保持静止或者匀速直线运动。
❞

这里就有一个问题了，在宇宙之初万物都是静止的，后来怎么运动起来了？牛顿相信这是由于上帝推了一把，所以他有了整个宇宙。



《生活大爆炸》主题曲其实说的就是宇宙起源：Bang的一声，宇宙开始诞生，慢慢的有了人类，然后人类在发展一直到现在。

「宇宙 Bang 的一声大爆炸是怎么来的呢」？

这些说不清道不明的原因，其实都可以归结为第一推动力，而在这些第一推动力之前，冥冥之中应该有什么呢？

冥冥之中的那个something，是不是就是宇宙起源的「第一性原理」呢？
2.哲学与物理的交融

❝
在任何一个系统中，存在第一性原理，这是一个最基本的命题或假设，不能被省略，也不能违反。——亚里士多德
❞

早在2300年前，亚里士多德就提出第一性原理这个词语。

人类总是在追寻真理，探寻生命的起源，追溯宇宙的诞生。当他们竭尽所能地将知识剖析到最小单位的时候，意味着即将获得第一性原理。在哲学思维中，有一个最底层、最根基的算法公式：

「第一性原理 + 演绎法  理性系统」

假如，我们已经将问题拆分到拆无可拆，接着就可以利用第一性原理重建，通过演绎法思考如何解决问题。

说起来，第一性原理也是物理中的一个概念，它指在某一特定原理下，根据逻辑和数学公式可以推理出整个物理系统，也就是我们可以「通过这个原理追溯到它最本质的原理，然后得出整个物理系统是怎么运作的」。



在物理中「量子力学」计算被称作第一性原理计算，为什么这样说？

因为它从根本上计算出了分子的结果和物质的性质，也就是说它从根本上解锁了宇宙中物质的本质，然后以这里出发去解释某些现象。

量子力学，相信各位小伙伴应该不会陌生，因为量子计算机已经更新到了「九章二号」。



从哲学到物理，又从物理到哲学，两者的交融，发展出第一性原理，不只浮于表面，而是深入内里。

任何事物的存在，任何现象的发生，都不是无缘无故的，背后是否存在某一个本质原理呢，这驱使着我们探寻：「WHY」的真相。
3.马斯克和第一性原理


提到第一性原理思维就不得不提到一个人了——身家超2300亿美元的马斯克，带火了“第一性原理”一词。


马斯克
马斯克也被称作现实生活中的钢铁侠，他不仅创立了全球通用的「在线支付——PayPal」，还追逐着「探索火星的梦想——SpaceX」，而且又造新能源汽车——「特斯拉」。


马斯克的三大贡献
在2022年2月10日凌晨马斯克还被当选为工程院院士。



据马斯克推测，这可能是因为他在火箭的可重复利用和新能源系统设计制造等方面，实现了突破。而助马斯克实现这一突破的恰好就是「第一性原理」。

因为马斯克一次又一次在访谈节目中提及，使得本来岌岌无名的第一性原理，迅速窜为热词。


马斯克的第一性原理

❝
请不要随波逐流，你可能听说过一个物理词语——第一性原理。这个原理远胜于类推思维，我们需要自己去挖掘事物的本质，就如同煮一锅清水，直到把水烧干，才能看到里面到底有什么。以此作为基础，就可以延伸出更多的东西。
❞

叁 如何读懂第一性原理？


在读懂第一性原理之前，我们先熟悉两种常用的思维方法：「归纳法与演绎法」。相信喜欢看侦探悬疑的小伙伴们对这两种方法不陌生。
1.归纳和演绎


给大家举一个小例子。


小猫爱吃鱼
「归纳法」

❝
比如说现在我们知道这样几个事实，

小猫 A 喜欢吃鱼，小猫 B 也喜欢吃鱼，小猫 C 喜欢吃鱼，

通过这些事实我们能够得到小猫爱吃鱼的结论，就是归纳法。


❞

「演绎法」

❝
假如现在还知道一个小前提：你的邻居家有一只小猫叫小 D，根据小前提，我们现在能够得到一个什么的结论呢？小 D 爱吃鱼，这个结论就是我们通过「逻辑思考」发现的，而且是根据这里的「小前提」，再配以逻辑思维得到一个「新的结论」，这个方法就是演绎法。
❞

「两者的区别」具体看一下这两个方法有什么区别。

❝

归纳法是对这里已定事实的一个总结，总结的结果也不一定是对的。演绎法则是根据一些前提条件，采用逻辑思维甚至数学公式进行推理。

❞

虽然从形式上来说，归纳法与演绎法都是通过前提推导结果，但是归纳法只能证伪，演绎法却可以保真。

如果前提是对的话，我们最后推理出来的结论应该也是对的。第一性原理也是一种「演绎法」，但是不是这么简单的演绎法了，它是什么样子呢？
肆 探寻第一性原理


接着看一个例子，我们知道当年牛顿就是因为被苹果砸中了，才有了万有引力。


苹果树
开始的时候，我们讲了第一性原理其实是来源于牛顿他所提出的第一推动力，所以我们这时候继续举一个关于苹果树的例子，「苹果树上接苹果，苹果和什么有关系」？

我们往前推一下。
1.探寻苹果的第一性原理


苹果连着它的枝，枝又连着树干，延伸到下面就是根，根在土壤中。所以如果想让苹果树结出苹果，需要什么？

需要土壤适合苹果树生长，也就是要求有含一定的水量，而且土壤中所含的营养要充足。



现在其实我们就是从苹果出发，以它作为最终原理的话，我们可以采用「演绎法」的思维方式去追溯到它的根，然后从这个根又可以做什么呢？

我们知道采用一个什么样品质的土壤，才能够种出一个好的苹果树，结出一个好吃的苹果，于是土壤就是苹果树的“第一性原理”。从土壤出发，我们还可以知道怎么能够由原来的一棵树变成一个果林，对吧？这就是另一个方向的推理演绎。



总的来说，第一性原理如果用到这个生活例子中，就是我们以一个原理作为出发，这里我们的原理就是接了一个苹果，然后从这个原理出发，「采用演绎法去进行逻辑推理直到本质原理上」。

就像刚才我们讲第一推动力，它的大前提是什么？是可能冥冥之中有什么一个原理，然后在这个原理之下才有了宇宙大爆炸。

有人提出「奇点理论」，即宇宙大爆炸之前，还存在另外一个状态——奇点。也就是一个密度无限大、热量无限大、温度无限高、压力无限大、时空曲率无限大、体积却无限小的“点”。在那里，没有光、没有空间，没有任何信息，可是却实实在在存在。

如果默认奇点的存在，那么这个奇点无疑就是宇宙起源的「第一性原理」。

❝
量子力学计算就被称作计算的第一性原理。
❞

为什么？因为它探索到宇宙的本质，从最本质上进行计算，从这个本质我们又能做什么呢？首先可以回到最初的事实，然后也可推理向其他方向，整个过程就是回归、延伸与创新。
2.第一性原理是追本溯源吗？


一直在讲探索本质，有人不免质疑，别新瓶装旧酒啦，不就是追本溯源吗？

「还真不是」。

追本溯源是从问题出发，追溯到源头，源头可能有一个可能有多个。而第一性原理可是从原理出发的，推演出一系列可能，可能推理到问题上从而解决问题，但也有可能从此处出发驶向其他方向。

❝
培养第一性原理的捷径就是跨学科学习。——芒格
❞

无独有偶，「数学家丘成桐」也曾经说过，要想创新需要精通多门科目，以前的很多大数学家，如欧拉、高斯、黎曼、庞加莱和希尔伯特，涉足的不只是数学，还有生物、化学、经济、物理、工程等。


丘成桐 数学家 国际知名数学家，菲尔兹奖首位华人得主，美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、台湾中央研究院院士、中国科学院外籍院士、香港科学院名誉院士

❝
所以，跨学科学习有助于发现第一性原理，从而实现创新。
❞

3.如何用第一性原理来造火箭？


假如一家公司计划开展飞向太空的新业务，你打算怎么做？实现太空梦的过程中存在很多困难，但最先遇到的困难肯定是怎么造火箭，你会怎么思考和解决这个问题？



大多数人的想法一定是先看看前人画的「火箭设计图」是什么样的，毕竟之前这些研究者做出来的设计图都是基于以往的实践经验画下来的，其中的每一个细节包含着数千次的迭代和试错的宝贵经验，是前人克服了许多困难才找到的最佳解决方案，所以只要尽可能模仿这些前人研究者做的火箭设计图，并在此基础上修改和调整，就有可能成功作出火箭是吧？

这种就是「类比推理」，其实就是「照葫芦画瓢」，这种方法在很多情况下确实很有用，但其实还存在致命的缺陷。

类比推理成立的前提「假设是过去搭建火箭工程师们提出的所有解决方案都是最好的」，而其他没被采用的备选方案都不存在被选择的可能性。


Space X
「马斯克」意识到火箭制作平均成本高，是因为发射出去后火箭无法降落回原地，不能被循环使用，他试图寻找人们得出这个结论的理论依据。在查询了以往的研究资料之后，他发现因为之前苏联回收火箭的尝试都失败了。所以许多研究者就在这个方向止步了。但「马斯克并没有马上接受这一假设」。

他进一步调查为什么苏联会失败？

❝
结果惊讶的发现：曾经导致火箭回收失败的技术问题已经在20世纪60年代得到了解决。于是在马斯克看来火箭有了重新被循环利用的可能性，最后的结果当然d证明他的设想是正确的。「Space X 在2015年真正实现了一级火箭回收」。
❞

4.在金融世界和生活中


第一性原理思维除了能带来科技的创新外，也能在金融世界取得成效。


海龟交易法则
比如之前有本书是「海龟交易法则」，这里讲述了丹尼斯培训出的海龟交易员如何获得巨大收益的。归根结底，这本书就是从交易出发，然后演绎出来交易的本质——「人心」。接着从人心出发进行演绎推理，再通过一些数学计算，获取交易利润。这不也是第一性原理思维吗？

回到开篇那句：“元宇宙的第一性原理就是可以远程传递物理信息”，相信此刻你就能发现这句话「谬误了第一性原理的概念」，到底元宇宙的第一性原理是什么，还需科学家们的继续努力，但是对于元宇宙的向往，还是令人期待~~



下一期我们就一起深入看一下「费马原理如何发挥第一性原理」。谢谢你的收看，本期的科学漫谈就聊到这里啦，喜欢这篇文章的小伙伴，请记得「转发+点赞+在看」，祝你新年的所有心愿都能实现~

参考文献

马斯克第一次在公开场合提出“First Principles” ，来自于 Kevin Rose 对 Elon Musk的一次采访，可访问Kevin Rose 在youtube上的主页观看视频：https://www.youtube.com/watch?v=L-s_3b5fRd8

钱钟书老先生与王成为院士的书信往来，可在后台发送“灵境”获取资料。

什么是元宇宙的第一性原理：http://zhuanlan.zhihu.com/p/410383975

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