埃隆•馬斯克用物理學思維改變世界

2020-10-18 高廣宇

埃隆·馬斯克用物理學思維改變著世界。他全球最大的支付系統PayPal的創始人，通過物理學的正反饋效應使得PayPal的用戶以指數的速度增長，最終以15億美元賣給了eBay。他是電動汽車特斯拉的CEO，顛覆了傳統汽車，以物理學思維大幅降低了電池成本，為電動車商業化奠定了基礎，創造了媲美超跑速度的電動汽車。他是太空探索技術公司Space X的CEO，以「把人類送上火星」作為公司的目標，以物理學思維核算火箭成本，要以1/10的價格製造火箭，從而減少太空旅行成本。他是屋頂光伏電站Solarcity的董事會主席，該公司發展家用光伏發電項目，為客戶提供太陽能發電服務。馬斯克還提出了超級高鐵項目，Hyperloop超級高鐵未來可能達到1200公裡每小時的速度。其中任何一項技術成熟並規模化都將改變地球，改變人類的生活方式。馬斯克以物理學的思維創造著一個又一個的奇蹟，也被稱為現實版的鋼鐵俠（如圖1所示）。

圖1 馬斯克和鋼鐵俠

一個人在一個領域成功可能是偶然的，但是馬斯克可以在多個高端領域成功，那麼必然有著成功的方法，本文將使用《可以量化的管理學》中的2種基本的物理學方法分析埃隆馬斯克的成功，這兩種方法分別為廣義動量定理和系統思考。

埃隆·馬斯克方法論是使用物理學的角度看待世界，他將這種方法稱為第一性原理。埃隆·馬斯克說：「第一性原理的思想方式是用物理學的角度看待世界，也就是說一層層撥開事物表象，看到裡面的本質，再從本質一層層往上走。」

在研發電動汽車時，開始電池的價格很高，這樣就很難將電動汽車商業化。馬斯克使用第一性原理，分析電池由什麼組成來推算電池的極限價格，從而使得電池價格大幅度降低，為電動汽車的商業化奠定了基礎。

由於電池的設備太重，所以必須從材質入手減輕車身重量。馬斯克要求工程師們用鋁來代替鋼。但是，當時整個北美地區能生產鋁車身板材的汽車製造廠屈指可數。鋁材在巨大的壓力機下容易拉伸變形，從而形成像妊娠紋一樣凹凸不平的表面，導致上色不均。面對巨大的操作困境，團隊屢次勸說馬斯克放棄這個想法。

為什麼要用質量輕的鋁代替鋼呢？因為特斯拉要的是高速度的超級跑車，如果跑車的百公裡加速太慢，那麼這個超跑就不是「超跑」。從動量定理Ft=Δmv角度來說，百公裡的速度v為100公理/小時，那麼要想加速時間t變短，通過公式t=Δmv/F可知，增加汽車動力F或減少汽車質量m都可以減少百公裡加速的時間t。所以使用質量輕的鋁來代替質量重的鋼，可以有效減少汽車整體質量，從而使得汽車的百公裡加速時間變短。物理學為馬斯克指出了優化特斯拉超跑的正確方向，即使研發團隊屢次勸說放棄，但馬斯克不為所動，毫不妥協。他說：「我知道我們一定能夠做到，只是花多少時間和精力的問題。」最後的結果證明他是對的。他永遠要求同事們去考慮「實現路徑」，而不是爭論「是否可行」。特斯拉創造了百公裡加速性能優越的超跑Roadster（如圖2所示）。

圖2 特斯拉跑車Roadster

得益於鋁車身帶來的整車質量的降低，甚至於量產的中型轎車MODEL S的百公裡加速也只需2.7秒，而一般中型轎車的百公裡加速都需要8秒以上，MODEL S的加速時間是這些中型轎車望塵莫及的，甚至於超越了很多超級跑車。

沒有物理學的指導，馬斯克可能就會放棄鋁製車身的想法，因為從比較的思維來看，大家都認為做不到，但是物理學為馬斯克提供了正確的方向和信心，只要不違反物理學，那麼就能做到，只是需要更多的時間和精力。從廣義動量定理Fαt=MV的角度說，增加時間t和力量F都可以增加成果MV。馬斯克認為只要一種想法不違反物理學，那麼通過增加時間和力量就能做到。

馬斯克為什麼創立Space X呢？他說道：「我們之所以沒去火星，不是因為不想去，而是因為認為沒有能力去。大家有意願去，都覺得沒有成功的可能，於是就放棄了。所以我決心創立一家公司，減少太空旅行的成本，同時改進火箭技術，因為火箭技術自六十年代以來根本沒取得什麼進展。從某種意義上說，情況變得更糟，因為將物質送入軌道需要花費的成本更高。所以，這就是我創立Space X的初衷，不過在公司剛創立的時候，我覺得公司的存活機率只有10%。」馬斯克想要降低旅行成本，改進火箭技術，並且將人類送上火星。所以儘管「把人類送上火星」的言論給人愚不可及的感覺，但卻賦予馬斯克的Space X一句獨特的戰鬥口號。

對於馬斯克來說，即使火箭技術上可以將人類送上火星，但如果成本難以承受，那也是不能實際推廣的。所以降低火箭發射成本成為了馬斯克需要重點解決的問題。那麼馬斯克如何使用物理學思維來降低火箭成本呢？馬斯克通過他的第一性原理，從最基礎的材料開始推算，得到火箭的成本只需要之前的1/10，並且通過重複利用火箭，甚至可以將火箭發射成本降低到之前的1/100。

馬斯克說道：「火箭到底應該花費多少才合理？可以看看過去的火箭造價，然後就以此作為現在火箭的造價，還是看一下火箭的組成材料？你可以確定鋁、鈦、鉻鎳鐵合金、碳纖維等元素的重量，把它們堆成一堆放在房間裡，然後象變魔術一樣把它們變成你想要的物理形狀，就可以確定實物的最低造價。問題在於如何將這些元素變成你想要的形狀，如果你真能夠這麼幹，你就會發覺原材料的成本對於確定火箭用完就扔還是重複利用作用很小，只佔總價的百分之幾。所以，關鍵在於如何高效地重新組合這些原材料，變成你想要的形狀。」

馬斯克說道：「火箭關鍵在於重複利用。在這裡用第一原理分析就很有意義了。如果用仿照先例的話，我們可以看看前人在重複使用方面的努力，比如太空梭或俄羅斯暴風雪計劃，這些重複使用的努力並未降低太空飛行的成本，反而增加了成本。關於太空飛行的成本，太空梭的預算大約是40億美元一年，每年一般飛四次，所以每艘太空梭的成本大約就是每年10億美元，這比同等檔次的火箭貴多了。所以，人們看到這個，就會覺得重複使用非但沒有降低成本，反而增加了成本。但站在第一原理的角度來看，實際情況不是這麼回事。如果你用的是精煉航空燃料低成本推進劑，就有可能。我們用的火箭推進劑的費用大約是每次飛行30萬美元，而火箭的造價達到6000萬美元，所以推進劑的花費與之相比是九牛一毛，只佔火箭造價的0.5%。這與大型噴氣式飛機差不多，那麼如果你進行重複利用，考慮到維護等問題，每次飛行的成本就會不斷接近推進劑的成本。如果火箭也遇到類似飛機那樣的情況，維護成本可能會相當於燃油成本，對於航空公司來說，每次飛行的成本就是60萬美元，這就能大幅節省成本。使用可重複利用的火箭，我覺得成本最終可以減少到原來的百分之一。」

馬斯克通過從材料上的計算發現，火箭的製作材料所花費的金額僅僅是火箭整體開發費用的2%。這個比例與其他機械產品相比簡直就是小菜一碟。比如特斯拉生產的電動汽車，材料費用佔總體費用的20%-25%。如果是電腦的話，材料費用會佔到總費用的90%。

而如果火箭的材料費佔總費用的90%，那麼馬斯克還可能進入火箭發射領域嗎？

對於計算機領域來說，材料費佔總費用的90%，這就給出了你利潤的極限，最多能得到10%的利潤，並且新進入者在各方面都沒有積累優勢，那麼你連10%也得不到。對於火箭這種超級燒錢的行業，一家私企如果不能有可觀的利潤率，那麼這家公司不可能長久發展。而對於火箭行業來說，材料費只佔整體費用的2%，那麼這就給了馬斯克一個物理學的成本極限，即火箭行業最少需要2%的成本，那麼最多可以有98%的利潤，這給了馬斯克可以優化的廣闊空間。這就是馬斯克切入火箭領域的戰略，通過低成本在火箭行業立足和發展。

馬斯克通過使用他的第一性原理，推算出火箭的價格只需要以前的十分之一，然後重複利用火箭，可以將成本降為之前的百分之一。

馬斯克說：「如果你進入任何一個現有的市場，面對那些強大的競爭對手，你的產品或服務必須要比他們好得多，它不能只是有一點點的優勢，因為當你站在消費者的立場上時，你總是會購買值得你信賴的品牌，除非這個產品有很大的差異性。所以，你不能稍微好一點，而是要好得多。你必須有個創新思維，而不是（創造）更好的同一性。你做事情不是只需要好出10％，而是要創造出10倍的價值。」

材料成本佔比越高，這個行業的利潤就越低，可以優化的空間就越小，越不容易成功。物理學思維的計算讓馬斯克看到了火箭價格的極限，而現在距離這個極限太遠，那麼馬斯克就有了非常大的可以優化的空間。如果沒有物理學，那麼你就找不到正確的方向。

在Space X研發火箭的過程中，馬斯克也時刻使用著自己的物理學思維。如果你打算告訴馬斯克某件事情沒有辦法做到，那你最好已經做足了功課並做好心理準備深入每一個技術環節，從最根本的原理出發逐步解釋為什麼行不通。首席工程師賈維丹說，「馬斯克總是說，讓最基本的物理原理說話。」物理學思維也給了馬斯克判斷某件事可能與不可能的標準，只要不違反物理學，那麼就可以做到，物理學給出了不可能的邊界，而在到達邊界之前的空間都是可以優化的。

馬斯克用物理學思維領導者Space X，那麼Space X是否比其他火箭公司做得更好呢？

2015年12月22日，一個震撼世人的消息很快傳遍了世界各地：美國Space X公司的獵鷹9號火箭，在運送Orbcomm公司11顆通訊衛星進入軌道後，地面成功回收了返回的一級火箭，創造了人類太空史上當之無愧的第一。

2018年2月7日凌晨，Space X的新型火箭，也是現役運力最強火箭「重型獵鷹」（Falcon Heavy）首飛成功，並完成兩枚助推火箭回收（如圖3所示）。

圖3 Space X重型獵鷹發射

「重型獵鷹」火箭打破了多項世界紀錄：近地軌道運載能力63.8噸，比目前紀錄保持者德爾塔IV重型火箭的28.8噸提高了1倍多；地球同步軌道運載能力26.7噸；火星軌道的運載能力16.8噸。「重型獵鷹」火箭起飛時27臺梅林1D發動機同時工作，可以提供高達2280多噸的起飛推力（如圖4所示）。

圖4 火箭載荷對比

Space X稱，「重型獵鷹」可以運送2至4噸的貨物至火星表面。這次的「重型獵鷹」火箭試射，標誌著商業航天領域又前進了一大步，也給人類開啟了更加廣闊的太空探索之路。

在許多火箭公司認為回收火箭是不可能完成的任務時，Space X已經多次回收了自己的火箭，這將極大地降低發射費用。一枚嶄新的獵鷹九號僅6000萬美元，比美國聯合發射同盟的同類火箭（德爾塔/Delta-4和宇宙神/Atlas-5）便宜一半以上，使用二手火箭更是再打7折。火箭的飛行費用僅需30萬美元，只佔火箭成本的0.5%，如果重複利用火箭，那麼發射的極限費用只需要30萬，而對手發射一次同類型的火箭需要1億以上。物理學思維給了馬斯克發射火箭成本的一個邊界，而現在距離這個邊界很遠，馬斯克有著很大的空間可以去施展拳腳，馬斯克說火箭發射成本未來可以降到之前的1%並不是痴人說夢。

2017年Space X完成了18次發射。而2017年全球總共進行了90次航天發射任務，其中美國29次發射，中國18次，歐洲航天局9次（如圖5所示）。

圖5 2017全球航天發射次數和SpaceX 的發射次數

也就是說，Space X完成了美國超過一半數量的發射，相當於中國的發射次數，是歐洲的兩倍。Space X的發射計劃已經排到了若干年以後，預計會有超過50次的發射任務，總價值超過50億美元。

Space X在2015年提出了星鏈網：計劃發射4425顆提供高速上網和通信服務的衛星，為全球提供收費服務。這種超級WiFi，勢必將改寫整個網絡時代的格局。

馬斯克還提出了超級高鐵計劃，它是一種以「真空鋼管運輸」為理論核心的交通工具，時速可達760英裡，也就是1200公裡/小時，很多人認為超級高鐵不可能實現，那麼我們使用馬斯克的物理學思維來分析一下（如圖6所示）。

圖6 超級高鐵

超級高鐵的邏輯很簡單，火箭可以豎著打，為什麼不能橫著打。橫著飛的火箭就是高鐵。火箭可以達到38880公裡/小時的速度（10.8公裡/s），火車可以達到320公裡/小時。那麼從物理學思維的角度來說，如果以火箭的速度38880作為作為物理學極限，那麼320距離38880還有很大的優化空間，1200公裡/小時在物理學上並不是不可實現，只是需要多少精力和時間的問題。

從動量定理Ft=Δmv的角度來說，合外力決定成果，合外力F=動力-阻力。那麼即使在不更換火車動力系統的前提下，減少火車運行的阻力也可以提高火車的速度，阻力越小，速度越快。真空中的阻力最小，所以超級高鐵通過在真空管道中運行來降低阻力，從而提高速度。

埃隆·馬斯克和其他3人在1998年創立了全球最大的支付系統：PayPal。它是網際網路第三方支付服務商。PayPal創立之初，面臨著如何推廣在線支付概念和如何獲取用戶的困難。他們考察到做廣告投入高，收益小。

PayPal採用了激進的方式：只要開通PayPal帳戶，就獲得10美元存款進入PayPal帳戶，介紹其他人，還會獲得10美元。這一做法遭到了很多批評，被評為有史以來最愚蠢的計劃。PayPal的創始人說：「即使那時候也是矽谷瘋子經典案例，就是以85美分的價格虧本出售1美元美鈔。別總想賺沒賺錢，你只要用你的1美元換別人的85美分，人們就會買。批評的專家們沒有計算我們平均花費在顧客身上是20美元，和其他贏得顧客的方法花費差不多」。PayPal通過這種病毒式營銷方式，迅速推廣了自己的產品，以指數增長的方式贏得了大量客戶，並且遠超過競爭對手的客戶量，成為客戶的首選。eBay看到了PayPal的巨大潛力，最終以15億美元收購了PayPal。

PayPal通過提高消費者利益與病毒營銷來達到銷售量最大化的目的。

我們來分析一下PayPal「最愚蠢的計劃」的邏輯。這裡有兩個問題要回答：

第一，為什麼要在短期內實現客戶數量的最大化？

第二，如果實現客戶最大化是目標，那麼如何實現這個目標？

第一個問題的答案是關於PayPal的戰略是什麼，第二個問題的答案是PayPal如何實現戰略。

埃裡克·傑克遜在記錄PayPal成長史的著作《支付戰爭》中寫道：「我們的執行長彼得·蒂爾經常說，對康菲尼迪（PayPal前身）這樣的企業而言，成長是最重要的目標。他堅稱，只有我們實現一種『網絡效應』，才能創建成功的支付服務，一個內部相連的交互系統必須賦予那些自願加入的人們某些價值才能存在。參加的人越多，網絡效應就越大，因為所有的成員都可以實現交互。所以，在吸引人加入一個大的、已有的網絡時要給予會員巨大的價值，在退出時要讓其付出巨大的代價，本質上，這一網絡可以留住會員，並牽制潛在競爭者的發展。

電話就是一個典型的網絡。亞歷山大·格拉漢姆·貝爾和託馬斯·沃森最早使用的兩部電話所提供的價值其實很少，不過是展示了一項新技術。但是，在隨後的一個世紀裡，隨著電話數量激增，擁有一部電話的價值大大增加，因為使用電話可以聯繫到的人和公司的數量在急劇增加。擁有電話的人越多，想擁有電話的人就越多。現在電話已經隨處可見，行動電話也非常普及。

同樣，使用PayPal這樣一種支付服務的好處也會隨著用戶數量的增加而增加。如果全世界只有幾個人通過PayPal收款，那麼花時間創建帳戶根本就沒什麼用處。但是，如果有數百萬人使用PayPal，那麼創建帳戶的重要性就十分巨大。乙太網之父以及3Com的創始人羅伯特·梅特卡夫提出了一種所謂的『梅特卡夫定律』（Metcalfe』s Law），以幫助人們了解網絡的力量。他認為，網絡的價值等於用戶數量的平方，也就是說，如果一個網絡的用戶量是競爭者的2倍，那麼其價值則是競爭者的4倍。」

PayPal根據梅特卡夫定律來制定公司的戰略，因為如果網絡的價值等於用戶數量的平方，而PayPal要想生存下去，就需要將網絡發展到「足夠大」，並儘快消滅對手。因為每增加一個客戶帶來的價值比傳統行業大很多，而一旦在客戶數量上領先於對手，那麼帶來的優勢就會不斷擴大，所以PayPal要儘可能在快速增加客戶數量。

在大部分企業致力於節省開支的情況下，PayPal卻使用了燒錢模式，通過金錢直接獎勵註冊和邀請顧客的行為，而PayPal還沒有任何盈利。

美國當時存在好幾家網絡支付企業，其中埃隆·馬斯克創立的X.com也是通過燒錢爭取快速增加客戶數量來增加自己企業的價值。在網絡行業中，因為梅特卡夫定律的存在，支付系統的價值等於客戶數量的平方，那麼就很容易產生贏者通吃的結果。和對手相比，一點點的競爭弱勢就會導致之前的所有努力付之東流，所以儘可能的快速增加顧客數量成為了支付企業的首要目標。

PayPal的CEO彼得·蒂爾覺得在支付的市場上，可能只有一個玩家可以上市，所以誰先IPO誰就有足夠的資源可以壓垮競爭對手，而X.com的管理團隊、用戶群及手頭的資金讓它很有可能比PayPal更快進行IPO。但是PayPal在拍賣份額上比X.com的份額高，最後兩家公司以50:50合併，形成了新的PayPal。

PayPal根據梅特卡夫定律制定了顧客數量最大化的戰略。即PayPal默認梅特卡夫定律是正確呢？那麼在其他領域是否有類似梅特卡夫定律的理論，如果有的話就可以做類比的理解。

梅特卡夫定律的表述為：V=kn²，其中V為網絡價值，k為價值係數，n為用戶數量。網絡價值與用戶數的平方成正比。網絡使用者越多，價值就越大（如圖7所示）。

圖7 梅特卡夫定律

在軍事領域，有著名的蘭切斯特法則。蘭切斯特第二法則：戰鬥力＝武器性能×兵力數的平方，即E=mv²。這裡E表示攻擊力，m表示武器性能，v表示兵力數。

在物理領域，有描述力在空間上的積累效應的動能定理，即Fs=1/2mv²，其中F表示力量，s表示空間，m表示質量，v表示速度。

通過對比梅特卡夫定律、蘭切斯特法則和動能定理可以看到，它們的表達式都是A=KB²的形式，甚至於梅特卡夫定律和蘭切斯特法則表達的意思都是相似的。V和E分別表示價值和攻擊力，k和m分別表示價值係數和武器性能，n和v都表示人數。在《可以量化的軍事學》中，我們證明了蘭切斯特第二法則的本質是動能定理，其本質是火力在空間上的積累效應，那麼梅特卡夫定律的本質就是力量在網絡上的積累效應，也就是說梅特卡夫發現了網絡中的動能定理。PayPal希望建立梅特卡夫那樣的網絡效果，隨著使用PayPal的客戶量增加，客戶可以使用PayPal交易金錢的通道數量也在增加（如圖8所示）。

圖8 PayPal希望達到的網絡效應

既然我們通過類比來說明了梅特卡夫定律在邏輯上是正確的，所以PayPal根據梅特卡夫定律制定了顧客數量最大化的戰略也就沒有什麼問題。那麼第二個問題該如何回答呢？即如何實現顧客最大化？

PayPal採取的顧客最大化的策略是註冊獎勵和推薦獎勵。新註冊PayPal帳戶，PayPal獎勵10美元；推薦別人註冊，推薦人還獎勵10美元。註冊獎勵是為了促使潛在客戶成為真正的PayPal客戶，推薦獎勵是為了使得原有顧客有動力去推廣PayPal，讓更多的人知道PayPal，從而達到病毒增長的目的。

我們通過物理學的思維來分析PayPal病毒式的營銷方式。新用戶註冊可以獲得10美元，這樣可以獲得大量顧客，但是如何才能獲得更多的顧客呢？PayPal的策略是希望老客戶可以帶來新客戶，這樣就像病毒一樣，一傳十，十傳百，迅速傳播和增長，所以PayPal不僅獎勵新註冊的客戶10美元，而這些人只要把PayPal介紹給其他人，他還可以獲得10美元。每一個顧客會將PayPal推薦給其他人，而其他人註冊之後又會再推薦給其他人，從而達到了系統思考正反饋效應，迅速獲得大量的客戶。從物理學的思維來看，PayPal的病毒式營銷並不是傻瓜做法，而是通過系統思考的正反饋效應，在短時間內獲得大量客戶，這些客戶使用PayPal進行在線支付，使得PayPal的價值增加。儘管前期每個顧客的獲取成本平均為20美元，但長期的收益卻大大超過客戶的獲取成本，收益大於成本，所以這個模式是可行的。

PayPal通過燒錢來實現顧客數量最大化的戰略，但是PayPal本身還沒有盈利，「燒錢」的資金來源如何解決呢？PayPal通過不斷的融資來支持自己的燒錢模式，最大的單次融資達到了上億美元。這種燒錢模式最怕的就是資金鍊斷裂，一但資金鍊斷裂，之前的所有努力可能都將白費，所以PayPal在燒錢模式中經歷了數次資金危機。

馬斯克使用物理學思維改變了在線支付領域，改變了電動汽車領域，改變了火箭發射領域，改變了太陽能領域，他還可能改變火車領域，改變網際網路領域。幾乎沒有人可以在多個不同領域成功，因為在一個領域積累的經驗很難適應另一個領域，比如傳統汽車領域的成功經驗不能保證在電動汽車領域成功，不能保證在火箭發射領域成功，也不能保證在網絡支付領域成功，因為這些成功的經驗太過於局限，應用範圍狹小。而使用物理學思維，可以透過層層迷霧，快速達到事物的本質，具有通用性和廣泛性，為馬斯克在各個領域指明了正確的道路。