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王川:论第一性原理的理论和实践 (1 - 4)
王川:论第一性原理的理论和实践 (1 - 4)
2017/7/19 0:35:37 | 浏览:1510 | 评论:0

(一)从特斯拉的崛起谈起

 
公开数字显示,到五月十五号,华尔街上做空特斯拉的股份高达三千一百六十万股,这个数字比年初略有下降。从2017年初到六月七号为止,特斯拉股价从 217 上涨到 359, 空头亏损高达 65%,亏损金额高达四十多亿美元。(提示:笔者持有特斯拉股票,在此无意预测特斯拉股价未来走势 ).


华尔街做空特斯拉的机构投资者,其代表性的做空逻辑主要不外乎:

  1. 特斯拉还在亏很多钱。

  2. 估值太高。

  3. 汽车巨头很快会轻松灭掉特斯拉.

  4. 马斯克是个大忽悠大骗子.


做空基金的操盘者,大多是 MBA 毕业生,在他们对金融市场的大脑模型里,一个不断烧钱不断亏损不断融资而又高估值的企业,百分之百是骗子和泡沫。这种坚定的信仰是如此之执着,容不得任何别的角度的理解,即使再多亏损也不罢休.


有诗为证:粉身碎骨浑不怕,要留执念在人间.


可惜他们不愿意,也更不会深刻学习领会,第一性原理(First Principle).


什么是第一性原理?
知道了第一性原理,就很容易做到吗?
要想做到,需要克服哪些障碍困难?
做到了后,会给你带来什么具体好处?


    (2)


在阐述第一性原理之前,先看看下面这张图,这又是一个很好的反面教材.


这是一只鳄鱼,它早已习惯了解决所有问题的普适方法:狠狠地咬。这在过去一亿年里屡试不爽,它的大脑模型里没有别的概念和方法,终于,它遇到了一个陌生的对手:人类创造的钢铁机器,怎么咬也咬不动.


这只鳄鱼还不够勤奋努力吗? 作为有着悠久的一亿年历史的物种,和只有二十万年历史的智人相比,它难道不是早早地赢在起跑线上了吗?


王川:论第一性原理的理论和实践 (1 - 4)


但是,想要劝说鳄鱼,改变大脑的思路,不咬,而用别的方式操控机器,显然是不可能的.


如果你看过我的这篇文章

王川:论投资的十大矛盾(三)- 经验的重要和错误套用经验的矛盾

里面提到, 澳洲的棕色甲壳虫由于认知系统先天的缺陷,误把棕色啤酒瓶当成母虫而试图与其交配,怎么拉也拉不动.


经验主义多数时候是有益的,但矛盾的是它也是创造性解决新问题的最大障碍之一。有谚语称:“如果你只有一个锤子,万物看上去都像钉子”。


以前越成功的人,他的所有知识储备,认知体系,都是围绕过去成功经验搭建的. 没有系统地,有意识地,高强度地,多维度地修炼丰富自己的知识体系,造不出锤子之外的新工具,即使意识到要改,要真正自我突破经验主义的桎梏,难!难于上青天。

 

(二) 打比方的误区

    (1)


大部分人分析问题的习惯是打比方(Reason by analogy), 基本套路是:


前提一: 张三有 A, B, C 几个特性
前提二: 李四也有 A, B, C 几个特性
前提三: 张三也有特性 D
结论:    李四也有特性 D

这种逻辑在许多日常问题上是常常实用简洁有效的,但是也有很多情况下会完全错误.


比如:
前提一: 2007年的时候,美国股市指数达到历史新高,很多地方房市也达到历史新高,离上次股市泡沫破灭正好七年,许多二三十岁年轻人 (主要是华尔街)突然赚了很多钱成为千万亿万富翁
前提二: 2014年的时候,美国股市指数达到历史新高,很多地方房市也达到历史新高,离上次股市泡沫破灭正好七年,许多二三十岁年轻人 (主要在硅谷)突然赚了很多钱成为千万亿万富翁
前提三: 2007 年后泡沫破灭,股市指数一度下跌 50%以上
结论:   2014年后泡沫一定会崩溃!
但是。。。我们已经又等了三年。。还没有崩溃,还在创新高。。


再比如,
前提一:  Yahoo, excite, google 这些公司创始人都是斯坦福的辍学学生,都在硅谷,都是顶级  VC 投资支持,其事迹上了主要商业杂志封面
前提二:Theranos 公司(号称可以提供廉价血液测试的技术)创始人是斯坦福的辍学学生,在硅谷,是顶级  VC 投资支持,上了主要商业杂志封面
前提三:Yahoo, excite, google 都成功上市,给投资者带来丰厚的回报。
结论:Theranos 也会成功。
但是: Theranos 因为造假丑闻败露,多项业务被叫停,估值缩水 90%以上, 创始人股份已经被有优先权的投资者给变得一钱不值了


第三个例子是:


前提一:张学良吃喝嫖赌抽
前提二:西门庆也吃喝嫖赌抽
前提三:张学良活了 100 岁
结论:  西门庆 ???。。。祝他好运.


    (2)


为什么打比方的逻辑有时有效,有时又常常不通?美国佛罗里达农工大学学者 Michael LaBossiere 曾归纳了如下几点:


第一,张三和李四的共性越多,那么打比方的逻辑就会更强大.


第二,A, B, C 的特性和 D 的特性关联度越大,那么打比方的逻辑就越强大.


第三,张三和李四的区别越大,而其区别和特性 D 的关联度越大,那么打比方的逻辑就越弱.


让我们再看一个例子:


前提一:七十年代末世界油价不断攀升,美国赤字加剧政府不断印钞票,股市十几年都来回波动没涨,人心惶惶
前提二:2005年后国际油价暴涨,美国政府赤字加剧,政府不断量化宽松印钞票,股市十几年都来回波动没涨,人心惶惶
前提三:美国通货膨胀愈演愈烈,三十年国债长期利息77年到81年不断走高,从 8% 一直到最高 15%
结论:2005年后美国国债长期利息,也一定会大涨!
但实际上,美国三十年国债的长期利息,不断创新低,从2007年最高的 5%以上一路下跌到 2016年最低的 2.1%.


七十年代末和现在, 有太多的不同:
那时候中东的各种高强度战争严重干扰供给,现在全世界大体太平.
那时候通讯交通成本高,中国尚未全面开放. 现在有互联网,集装箱运输高度发达,中国深度融入全球经济体系.


只看相似点,不看不同点,用错误的类比得出错误的结论,在做空美国国债的征途上, 倒下了无数基金经理.


打比方,属于归纳推理(inductive reasoning)的一类, 它被广泛采用的本质原因是:简单,低成本, 所以易用易理解.


但是它的致命弱点是,人们容易沉溺和满足于局部的, 表象上的类比,而不去花时间精力去挖掘更多更深的细节和本质。当表象和本质完全相反时,打比方的错误也就是必然了.


    (3)


1997 年美国德州曾有房产大亨 Andre Beal 投资火箭发射的公司,他是个聪明绝顶的多面手,在银行业,德州扑克和数论方面都有建树。他个人出资两亿美元研发新型火箭.


但是他最终无力面对资金雄厚的美国航天局 NASA 的直接竞争,Beal 2000 年十月终于放弃了自己的火箭项目.


不到两年,Elon Musk 依靠 Paypal 赚取了接近两亿美元,马斯克也是横跨银行业,互联网和物理学的多面手,他也想在火箭发射领域创业, 他只放了一亿美元进去.


爱用类比思考的普通人,难怪都不看好他的项目.


要想卓尔不群,必须要用第一性原理, 而不是类比来指导思考实践.

 

(三)  从 SpaceX 谈起


    (1)


究竟什么是第一性原理? Elon Musk 在一次访谈中如是说:


“我认为从第一性原理而不是打比方来推理很重要。我们日常生活中通常是用类比来推理。。。


第一性原理有点像物理学看世界的方法。你把事情归结到(最底层)最基本的原理,然后说,'有哪些东西我们知道是真的? 。。‘ 然后从下往上推理.  "


发射火箭是一个极为复杂昂贵浩大的工程,这是只有少数几个大国才可以承受的项目。当 Musk 想要做这件事的时候,遇到的阻力可想而知:


"很多国家都做不了的事,你一个人怎么做得到?“
"好几个富翁烧自己的钱去做火箭,最后都无功而返!"
"美国的航天飞机想通过回收飞机重复发射来降低费用,搞了三十多年也没成功,你一个人怎么行 ?”


2002 年二月,大雪纷飞的莫斯科。马斯克和几位同事来此拜会俄国航天局的官员。马斯克试图开价八百万美元购买两枚俄国的洲际导弹,用来改装后发射火箭。俄方轻蔑地拒绝了这个在他们看来毫无诚意的要求,坚持八百万美元一发导弹的要价.


会议不欢而散后,在返回机场的出租车上,马斯克把自己准备好的电子表格给同事看。这份表格包含了用于建造,组装和发射火箭所需材料费用的详细数字,还有火箭的各种理论性能值,按照他的计算,可以实现比现有市场价格更低的成本发射小型卫星。如果俄国人不愿意砍价,就只有自力更生了.


    (2)


但知道第一性原理的理论之可为,并不意味着就知道如何工程上实现。就像一个单身汉知道自己物理距离两公里内有一百名适龄美女,按第一性原理在十分钟跑步距离内肯定可以找到一个和自己配对。但这并不意味着他随随便便朝一个方向跑十分钟就可以给自己搞定对象。实际上,如果他十天内可以搞定,就已经相当不错了.

第一性原理的实践,在于打破砂锅问到底,发掘出现有方法无法突破的根本原因,进而对症下药,不断试错, 摸索出真正的解决方法.


正如一位产品经理曾深刻地指出, 陌生人社交有两大基本难题:一是陌生人破冰的鸿沟难以逾越,二是陌生人之间的信用为零。大部分陌生人社交平台,想帮大家配对但没有解决这两个根本问题。而以腾讯的“王者荣耀”为代表的游戏平台,解决了这两大问题,顺便也就让大家更容易配对了.


那么,阻碍火箭发射费用下降的根本问题是什么呢?


    (3)


以美国航天飞机(Space Shuttle)为例, 其项目规划从六十年代末就开始了, 1976年开始测试,1981年第一次成功载人飞行,历经两次爆炸解体事故(1986年挑战者号,2003年哥伦比亚号), 到2011年最后一次飞行,累计完成飞行任务 133次,平均每年飞行次数 4.4 次.


每次飞行任务成本约四亿美元,折合到近地轨道的每磅运输费用八千美元。与之相比,俄国的质子火箭每磅运输成本只有 2300 美元. 如果包含固定费用在内,航天飞机单次飞行任务的实际费用十五亿美元.


航天飞机项目的本意是想通过重复发射降低成本,但最终目标未能达到. 其根本原因是,摊子铺的太大,无法实现迅速改进和迭代,导致每年飞行次数少, 固定维护成本无法摊薄到多次飞行任务上.


阻碍快速迭代的部分因素是:


1. 航天飞机上的热保护瓷砖有三万五千多片,每一片都需要单独仔细检查,看看是否受到损伤。这个过程耗时耗力.


2. 航天飞机的主发动机,设计和维护极为复杂,每次飞行任务之后的拆卸和检验极为耗时.


3. 航天飞机预算为了通过国会批准,故意把部分项目设置在一些国会议员所在的州和城市,和项目总部的物理距离甚远,降低了工作效率.


    (4)


那么在卫星发射市场这一块,现有公司表现如何呢?


以长期独霸美国市场的“联合发射联盟”(ULA)为例,其 Delta 四型火箭,主要用于同步轨道的发射,发射价格在三亿到四亿美元之间。 火箭使用的 RS-68 发动机, 只有一到三个,过去十五年成功发射三十四次。这意味着十五年来只生产了几十个 RS-68 发动机. 迭代速度和生产成本下降的速度缓慢.


ULA 另外一个型号的火箭, Atlas 五号火箭, 使用的居然是俄国生产的 RD-180 发动机. 发动机技术受制于人,想要降低发射成本,更高效灵活的整合系统,难!


问题的根本还不仅仅是技术,有评论家指出:


“历史的看,火箭发射技术的发展,对成本不是特别敏感。一个典型的火箭发射器,是政府采购合同的产物,市场竞争态势比较复杂,通常会有很大部分发射生意已经被套牢了(比如欧洲的亚丽安,和美国的 ULA ). 发射市场有一定的价格竞争,但一直到最近,都不是很激烈。因此大部分火箭发射公司,追寻各种时尚的技术,犯下多种错误,但通常不是很执着的追求实效.


大家都知道航天工业存在很多浪费... 这些公司有可能最终变得更加精益(lean),但是这要求公司结构的巨大改变,和管理层世界观的转变。这很少发生。 "


原来实践第一性原理, 降低火箭发射成本的突破口在于:

自主研发火箭发动机,由简入繁,精益实用,快速迭代.

 

(四)- SpaceX 如何克服各种困难

  (1)


SpaceX 发动机设计师 Tom Mueller 如是说:


“ 这件事看上去很好玩。我们开始被那些火箭发射巨头嘲笑.


开始他们忽视我们.


然后他们和我们竞争,但是他们发现他们在一个公平竞争中无法获胜,因为我们成功了,而且我们的成本可能不到他们的五分之一。然后他们试图用别的方法来摧毁我们.


然后他们终于意识到,他们必须做和我们同样的事。你会听到许多公司开始宣传要做可重复使用的火箭,回收发动机,回收一级二级火箭,降低火箭费用和我们竞争 ...


如果没有 spacex 的压力, ULA 根本不可能考虑从(贝索斯的) Blue Origin 那里买发动机。如果没有我们的压力,法国人也不会迅速放弃亚丽安五号,开始设计亚丽安六号。俄国人说他们会造出一个火箭超越 SpaceX, 这太好笑了。。因为他们已经在他们的 Angara 火箭上做了 22 年,只发射过一次,然后突然宣布他们会做出一个成本更低的发动机. ”


    (2)


许多人都想从成功者那里获得某个秘诀,某种可以一剑封喉,事半功倍,一劳永逸的绝技。但这在实践中往往并不存在,成功的结果往往需要多个要素为其必要条件,然后还要有点运气.


SpaceX 的 Musk 说道:  “每当有人告诉你某某杀手锏(magic silver bullet)是他们产品更优秀或者成本更低的原因,他没有告诉你所有的事实,他只是把真相大大简化了.  ”


SpaceX 成本更低的主要原因有这么几点:

第一,紧密精益的组织结构,导致整体成本极低 (比传统火箭发射巨头 ULA 和NASA 低一半以上).

一个曾在喷气动力实验室工作过的工程师说,"有一次一个校准仪器坏了,必须送回到德国修理,这中间要填写无穷多表格,经历各种官僚主义地折磨,我六个月什么事都干不了,就坐在那里。在 Spacex, 我会说 'Elon, 我要这个东西, 然后 boom! 我就拿到了' ”.

第二,火箭发动机:简单,可重复使用,扩展性强的 Merlin 发动机.

第三,火箭躯体和燃料箱。每一级火箭都应当把它看成是一个自己单独的飞船,即使像做三级火箭,或者两级火箭同时捆绑推进器,这些看上去无伤大雅的设计,也会极大地增加复杂度和成本。SpaceX 的设计很简单:就是两级火箭,没有再捆绑更多推进器.

第四,航空电子设备, 硬件和软件.

第五,发射运营团队 ( spacex 的一个发射团队要 12-15 人,而洛克希德*马丁要三百人)


    (3)


要实践第一性原理, 对现有技术格局有根本突破, 不能有避重就轻的想法. 困难不会因为你躲避而消失, 掩耳盗铃耍滑头最后还是浪费自己的时间.


你一定要在底层的技术上有根本的改变,不断在各个细节上持续挑战传统思维的桎梏. 这是一个非常艰难复杂的过程,尤其是在开头. 但一旦基础打好后,下面的路就越走越宽.


马斯克在火箭研发的过程中,自始至终中采取的是一种长远的规划心态,甚至不惜为此牺牲短期的进度。猎鹰一号的设计,从一开始就是要强调可以回收和重复使用,为此在发动机和火箭高度可靠和高度冗余上下了很大的功夫。有工程师抱怨,不做这么多额外的工作,成功发射提前两到三年就可实现.但是有了这些坚实的基础,后面的迅速进步和对竞争者的超越才能成为现实.


SpaceX 火箭发动机的总设计师,是曾在军火商巨头 TRW 工作过的工程师 Tom Mueller. Merlin 发动机采用的是一种可以追溯到上世纪五十年代的叫 Pintle injector(有翻译为"舵销注射器")的设计。这种设计的缺陷包括燃烧效率没有最优化,燃烧分布不均匀。但是它的优点是简单,易生产, 易测试.


这对降低生产成本,提高可靠性,实现重复使用至关重要.


最初的猎鹰一号火箭有一个 Merlin 发动机,执行 SpaceX 主要发射任务的猎鹰九号则是由九个 Merlin 发动机组成,预计2017年下半年将要发射的猎鹰重型火箭,将有 27个Merlin 发动机.


Merlin 从 2006年第一次测试成功开始,不断改进升级,最新的 Merlin 1D 版本,虽然推力不是最大,但推重比达到 180, 位居各类发动机之首 (大部分主流发动机推重比都在 100 以下).


    (4)


航天领域由于长期缺乏竞争,各个零部件的供货商习惯了高昂的利润和长期的无所事事。SpaceX 的应对哲学是:如果别人做不好,我们就自己动手.


有一次,公司需要一种特制的阀门,找到一个供货商,但开价二十五万美元,而且要一年后才能交货. 对于 SpaceX 提出的几个月内完成的要求, 哈哈大笑,不屑一顾.


几个月后SpaceX 的工程师们自己完成了阀门的生产和测试.
供货商打电话过来:"你们那个阀门怎么样?还需要吗?"
SpaceX :"我们已经弄好了"
供货商: “你说 弄好了 是什么意思?"
SpaceX:"我们造好了,测试完了,准备发射时使用了".
供货商: 沉默。。。


这样的故事在研发过程中不断一次次重复.


    (5)


技术研发上超越前人, 另外一个重要因素, 是积极使用最先进的软件和硬件的工具.


Spacex 的发动机研发使用了最新的计算流体力学(computational fluid dynamics)的技术.外界观察者只能看到一小部分这方面的成果,但是公开的信息也让人觉得非常震撼.

现代 GPU 计算速度是十几年前的上万倍,可以模拟计算达到的精度是以前无法想象的. 模拟计算的优点在于:

第一,迅速,精度高,不必像以前一样高成本地重复大量物理测试。整体研发速度大大提高,成本大大降低。实验更多是为了验证模拟计算结果.
第二,实践上很多东西无法实时测量,只能通过模拟计算来研究.
第三,可以迅速寻找优化发动机设计的关键点,进而聚焦设计的计算空间.
第四,设计是主动的态势,而不是被动的根据实验结果慢慢改正.


    (6)


德州大亨 Andrew Beal 在 2000 年秋放弃自己的火箭项目后,在德州 McGregor 市火箭测试场地留下了不少设施,正好被 SpaceX 廉价使用.


发动机测试是一个漫长和危险的煎熬.这个危险包含对于测试工程师的生命危险。一次完整的 Merlin 发动机燃烧测试, 三分钟内要消耗三千多加仑 (一加仑 = 3.78 升 )的液氧,两千九百加仑的煤油,如果控制不慎发生爆炸,可能造成附近人员的巨大伤亡.


(下图为 Merlin 发动机)

王川:论第一性原理的理论和实践 (1 - 4)

有一次星期五晚上做发动机测试时,因为一个阀门没有打开,测试无法启动。 正常安全操作步骤是先抛弃燃料箱内注满的液氧才能到现场工作,为了避免耽误好几天的测试时间,两位工程师冒着生命危险到现场手动打开阀门.


从 2006年三月到2008年九月,SpaceX 尝试了四次猎鹰一号的发射才终于成功. 2008年八月初第三次发射失败后,SpaceX 面临弹尽粮绝,被迫关门的危险.


第四次发射之前,火箭从洛杉矶空运到南太平洋发射场后,发现火箭肢体在降落过程中因为气压改变受损。传统经验是这类损耗需要三个月时间才能修好,但工程团队连夜奋战,花了两周时间就地完成了修补工作.


客观的说,SpaceX 初创时期,风险极大,最终成功有运气好的因素. 但是如果不坚持奋斗六年多不退缩,一般人连接触这么好运气的资格, 都完全没有.


批评家最喜爱的运动之一, 是贬损 SpaceX 这也没什么了不起,那也没什么了不起,无非就是拿了一些 NASA 多少年积累的技术做到了今天. 这类肤浅的观点,就好像一个明朝人说欧洲的红夷大炮没啥了不起,无非就是抄袭了唐朝炼丹师发明的火药技术一样.


    (7)


从竞争对手的角度看,spacex 价格会不断降低这件事本身并不可怕。大家都知道航天工业存在很多浪费。真正可怕的是,spacex 三个月做的事,别的公司要三年。这意味着,每一年下来, spacex 的领先在加大.


2017年初到七月中,全世界共有 42 次成功的火箭轨道发射,其中 SpaceX就占有 10 次,这个数字已经超过除美国外,本年度其他所有单个国家的成功发射次数 (俄国九次,中国七次).


更关键的是,SpaceX 的猎鹰火箭发射,都是基于同样的 Merlin 发动机. Merlin 估计目前年产量在 200-300 个发动机左右。这和 Delta 火箭使用的 RS-68 发动机,十五年的总产量不到一百个,形成鲜明对比.


对工业生产中的 “学习曲线”概念有基本了解的人都知道,产能越高,单位生产成本降低的越快,可靠性提高的也越快, 和竞争者的差距也拉的越大.


SpaceX 迭代速度比其他竞争者更快,发射次数越多,促使发动机产能更高, 可靠性和单价更低。而价格比竞争者更低,将会占有更多商用市场,获得更多的发射机会,从而进一步降低发射费用.


如果你看过我的老文章,

王川:摩尔定律还能走多远?(五) -- 这都是为了钱


你一定还记得摩尔定律发展的根本动力,来自于半导体的价格下降和市场扩大的良性循环。而火箭发射的价格下降,和市场的扩大,也在开始沿着类似的

"价格下降 => 市场扩大 => 更多研发投资 => 进一步价格下降" 的规律加速前进.


前面十五年打下的基础,都是为了这一天的到来。新开辟的技术版图,又催生了先前没有预想到的新的行业的商业机会.


 

 

 

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