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1744年，皮埃尔-路易斯·莫罗·德·莫佩尔图伊（Pierre-Louis Moreau de Maupertuis）发现了最小作用量原则（Least action principle） [5] 。通过对牛顿力学定律进行奇特的改造，他预料到会受到好评。然而，他的论点一开始就遭到全欧洲知识分子的嘲笑。事实证明，这一原理是物理学中最有影响力的思想之一。到19世纪末，整个力学科学都建立在这个原理上。最小作用量原则有时被认为是物理科学领域中最伟大的概括，这并不奇怪。该原理仍然是现代物理学和数学的核心，被应用于热力学 [6] 、流体力学 [7] 、相对论、量子力学 [8] 、粒子物理学和弦理论，并且是莫尔斯理论现代数学研究的重点。
宇宙以最“经济”的方式行动，因此宇宙中任何运动的“作用”都应该是最小的。最小作用量原则只是说，在任何运动中消耗的作用（用质量、速度和距离的乘积来衡量）将是最小的。
在最小作用量原则被提出之前，有很多类似的方法出现在测量学和光学。古埃及的拉绳测量者（rope stretcher）在测量两点之间的距离时，会将固定于这两点的绳索拉紧，这样可以使间隔距离减少至最低值。托勒密在他的著作《地理学指南》（ Geographia ）第一册第二章里强调，测量者必须对直线路线的误差做出适当的修正。古希腊数学家欧几里得在《反射光学》（ Catoptrica ）里表明，将光线照射于镜子，则光线的反射路径的入射角等于反射角。随后，亚历山大的希罗证明这路径的长度是最短的 [9] 。
理解这个原则的一个简单方法是，在日常生活中，我们总是尽可能努力地节省时间和精力。为了实现这一目标，我们设计了工具，包括计算机和人工智能。我们相信人类是地球上最聪明的物种，因为我们可以设计工具来节省时间和精力。
莫佩尔发现，在物理世界中，在宇宙中发生的所有变化中，每个物体的速度与其移动距离的乘积之和是最小的。如图3.2所示，如果你扔一块石头，它会找到最“经济”的返回地球的路径，可以应用最小作用量原则来计算它的路径。莫佩尔从不怀疑他正在做大事。他在论文中提到：“运动和静止的定律是从上帝的属性中推导出来的。”然后，在对这个概念的一个奇怪的反转中，他声称已经构建了一个证明上帝存在的证据。
图3.2 石头被扔出后的轨迹遵循最小作用量原则
从名字上就能直观地体会最小作用量原则的意思。所谓作用量，是指一种衡量不同运动选择的代价量（Cost）。在经典力学里面，作用量指从第一点到达另外一点花费的代价量。自然界总是选择使这个代价量最小的那条路径。在其他领域中，这个作用量的具体形式需要经验去探求。在不同的领域中，这个作用量的形式是不同的。
光在均匀的介质中走的是直线，而不是弯曲的轨迹，这是因为直线的距离是最短的。但是，光在非均匀介质中会发生折射，这是因为这样能保证光行走的路程最短，从而用最少的时间到达。也就是说，光的折射方式是使得光在行走光程所需要的最短时间的那个路线。这个光程就是光传播过程中的作用量，定义为路线长度和折射率的乘积。这就是费马原理。
另外一个例子是一条细长的链条，其两端被悬挂在同样的水平高度。这条链条的形状是怎样的？智能的大自然会让这个系统的作用量——重力势能趋向最小。根据变分原理，可以求出这个链条的形状，即所谓的“悬挂线”。
考虑一个简单的例子来解释这个原理。假设一块石头被放置在山顶上，如图3.3所示，它将滚下山坡的一侧。在这种简单的自然现象中，一种解释是重力与空气和表面提供的阻力之间的平衡。这就是经典的牛顿物理学。另一种排除力概念的解释依赖于这样一个事实，即当石头位于山坡的高点时，系统是不稳定的，在稳定状态下，它们整个系统（石头和地球）的势能最小。
图3.3 石头滚下山坡的过程
换句话说，石头滚动是一种稳定系统的自然现象。通过采取行动最少的路径，系统以比采取另一条路径时更有效的速度稳定下来。在这个稳定的过程中，智能自然而然地出现。