第一性原理計算

如果你想預測一道全新的菜會是甚麼味道，你可以從過去吃過的飯菜去猜，也可以從食材本身的化學性質一步步推理出來。第一性原理計算對材料採取的是第二種做法：它只從物理學的基本定律出發去推算一種物質如何表現，而不偷偷塞進對這種材料的測量來讓答案「湊對」。

人們常用的拉丁短語是「ab initio」，意思是「從頭開始」。人們只輸入材料由甚麼構成——是哪些原子，連同它們已知的電荷和質量——然後讓支配電子與原子核的基本量子規則去完成其餘的一切，在計算機所能做到的範圍內盡量忠實地求解它們。密度泛函理論是這類計算最常用的「引擎」，但其界定性的精神是一致的：不暗中調任何參數去迎合正在研究的那種材料。

它之所以重要，是因為這樣的計算能夠預測那些從未被製造出來、或太危險太昂貴而無法測試的材料的性質，讓理論擁有真正的預測「牙齒」，而不只是事後的曲線擬合。誠實的提醒是：「第一性原理」在一定程度上是一種理想：真實的計算為了能算得動，仍然要依靠近似，而且它們假設的是理想化的完美晶體，因此可能被真實樣品中的缺陷、雜質和雜亂所誤導。