宇宙第一原理
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发布时间：2022-04-20 00:10
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热心网友
时间：2023-09-22 21:53
我们知道物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成。量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用原理去计算分子结构和分子能量（或离子），然后就能计算物质的各种性质。
从头算（ab initio）是狭义的第一性原理计算，它是指不使用经验参数，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。但是这个计算很慢，所以就加入一些经验参数，可以大大加快计算速度，当然也会不可避免的牺牲计算结果精度。
那为什么使用“第一性原理”这个字眼呢？据说这是，来源于“第一推动力”这个宗教词汇。第一推动力是牛顿创立的，因为牛顿第一定律说明了物质在不受外力的作用下保持静止或匀速直线运动。如果宇宙诞生之初万事万物应该是静止的，后来却都在运动，是怎么动起来的呢？牛顿选择相信这是由于上帝推了一把。现代科学认为宇宙起源于大爆炸，那么大爆炸也是有原因的吧。所有这些说不清的东西，都归结为宇宙“第一推动力”问题，它可能由某种原理决定，这个原理可以称为“第一原理”。爱因斯坦晚年致力于“大统一场理论”研究，也是希望找到统概一切物理定律的“第一原理”，可惜，这是当时科学水平所不能及的。也远没有答案。
但是为什么称量子力学计算为第一性原理计算？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，这样的理论很接近于反映宇宙本质的原理，就称为第一性原理了。
广义的第一原理包括两大类，以Hartree-Fock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。
热心网友
时间：2023-09-22 21:54
但这一切都是从何而来？
回到138亿年前，在大爆炸后，宇宙非常炙热。那时恒星、星团等还没有出现，有的只是少数的几种元素，其中大部分是氢和氦。随着宇宙的不断膨胀和冷却，在大爆炸核合成时期产生的轻元素便开始结合。
科学家认为，在大爆炸的10万年后，中性氦原子（He）与质子（实际上是带正电的氢离子，H⁺）会开始反应，形成宇宙中的第一批分子：HeH⁺（氦合氢离子）。这是宇宙演化的第一步。
○ 氦合氢离子是早期宇宙形成的第一批分子。| 图片来源：NASA/Ames Research Center
之后，HeH⁺与氢原子反应，创造了形成氢分子的第一个路径，这为第一批恒星的形成奠定了基础。之后，在宇宙的漫长演化历史中，恒星逐渐创造了宇宙中的其他元素（比如碳、氧、氮等）。尽管HeH⁺在早期宇宙历史上有着如此重要的位置，但在过去，科学家一直没有在星际空间中寻找到它的踪迹。
我们知道，氦本身是一种惰性气体，很难与其他原子结合。但在1925年，实验科学家设法让氦与氢离子共享一个电子，成功地在实验室中创造出了HeH⁺。但是，我们真的可以找到这些诞生于早期宇宙的第一批分子吗？我们可能永远无法找到它们，因为它们在很久以前应该就已经消失了。
然而，到了1970年代末，理论家预测这些分子很有可能在行星状星云中形成，因为在那里有着与早期宇宙相似的物理条件。但40多年来，科学家并没有发现任何证据，这使得相关理论也受到了质疑。
马克斯普朗克射电天文研究所的天文学家Rolf Güsten表示：“宇宙的化学始于HeH⁺。长久以来，由于缺乏能证明它存在于星际空间中的确凿证据，使得天文学陷入左右为难的处境。”
