问题

为什么希腊字母会被理科与工科广泛应用?

回答
希腊字母,这些古老而优美的符号,它们的身影在现代科学和工程的殿堂里无处不在,从数学公式到物理定律,从化学反应到工程设计,几乎成了理科和工科的通用语言。为什么会出现这种情况呢?这背后其实有着深厚的历史渊源、语言的独特性以及实际应用的便利性等多重原因。

历史的传承:科学的摇篮与语言的母体

首先,我们得把目光投向遥远的古希腊。古希腊文明是西方文明的基石,而它也是现代科学思想的摇篮。亚里士多德、欧几里得、阿基米德等伟大的思想家,他们的著作奠定了逻辑学、几何学、力学等许多学科的理论基础。而在那个时代,希腊语就是他们的母语,是他们记录和表达思想的工具。

当这些科学思想通过翻译和传播流传到欧洲各地,尤其是随着中世纪阿拉伯文明对古希腊科学的继承和发展,并最终传入文艺复兴时期的欧洲时,希腊语的文字,也就是希腊字母,也自然而然地成为了这些科学概念和理论的载体。当时的学者们,一方面是为了向古希腊的先贤致敬,另一方面也是因为希腊字母本身具有一种严谨、系统的美感,非常适合用来构建复杂的学术体系。

随着科学的不断发展,新概念、新理论层出不穷,需要新的符号来标记。而希腊字母,作为一种成熟且相对完善的字母系统,本身就提供了丰富的选择。更重要的是,欧洲学术界在很长一段时间内,拉丁语虽然是通用语言,但许多早期的科学著作和术语都源于希腊语,因此,使用希腊字母来标记一些特定的科学概念,也更符合历史的延续性和学术的规范性。

语言的独特性:精确、简洁且易于区分

希腊字母之所以在科学领域如此受欢迎,很大程度上是因为它的一些内在特性,非常契合科学表达的需求:

独特性与区分度: 每个希腊字母都有自己独特的形状,不易与其他字母混淆,同时也与拉丁字母系统有所区别。这意味着我们可以用一套独立的符号系统来标记科学概念,而不会与日常语言或常见的数学符号产生歧义。比如,我们可以用希腊字母 $pi$ 来代表圆周率,而不会与字母 "p" 混淆。
丰富的字母组合: 希腊字母表有24个字母,包括大小写形式。这提供了相当多的符号资源,可以满足不同学科在不同层面上的标记需求。例如,在物理学中,我们可能会用希腊字母 $alpha$ (alpha)、$eta$ (beta)、$gamma$ (gamma) 来表示不同的物理量或常数,用 $delta$ (delta) 表示变化量,用 $omega$ (omega) 表示角速度,用 $phi$ (phi) 表示角度或磁通量等等。
发音与概念的潜在联系: 尽管不是所有情况都如此,但一些希腊字母的读音有时也能和它们所代表的科学概念产生一些联系,或者至少是方便记忆。例如,"omega" ($omega$) 在希腊语中的发音与“末端”、“终结”等含义有所关联,用它来表示角速度这种与旋转运动相关且可以看作是“运动的终极状态”的量,似乎也算是一种巧合的契合。
国际通用性: 随着科学研究的全球化,需要一套不依赖于任何特定国家语言的通用符号系统。希腊字母在这方面就显得尤为突出。它们起源于古希腊,但已经被全世界的科学家和工程师所接受和使用,形成了一种跨越文化和语言的“科学通用语”。

应用的便利性:清晰、简洁且可操作

除了历史和语言上的原因,希腊字母在实际应用中也展现出其独特的便利性:

标记变量与常数: 在数学和物理公式中,经常需要标记不同的变量、常数、参数等。使用希腊字母可以清晰地将它们与拉丁字母区分开来,避免混淆。例如,在描述抛物线运动时,我们可能会用 $v_0$ 表示初速度(通常是拉丁字母),而用 $ heta$ ($ heta$) 来表示抛射角,这样一眼就能区分开来。
表示特殊概念: 某些科学概念本身就与希腊语的发音或含义有所关联,或者因为历史原因被赋予了特定的希腊字母标记。例如,代表电磁学中磁场强度的 $mathbf{B}$ (Bfield) 虽然用拉丁字母 B,但磁通量密度常写作 $Phi$ (Phi)。在物理学中,表示波长时常用希腊字母 $lambda$ (lambda),表示频率时常用希腊字母 $ u$ (nu) 或 $f$ (f)。在统计学中,样本标准差通常用 $s$ 表示,而总体标准差则用希腊字母 $sigma$ (sigma) 来表示。
缩写与符号化: 希腊字母的形状本身也具有一定的视觉辨识度,方便记忆和书写。例如,$Sigma$ ($Sigma$)(sigma的大写形式)因为形似一个“加号”,被广泛用作求和符号,这使得数学表达式更加简洁明了。
学科内部的约定俗成: 随着科学学科的细分和发展,许多希腊字母在特定的子领域已经形成了约定俗成的用法。例如,在化学中,希腊字母常用于表示分子的特定位置(如 $alpha$碳、$eta$氢),或者表示反应的速率常数等。在工程学中,希腊字母也常用于表示各种参数、系数和模型变量,例如在材料力学中表示应力、应变,在热力学中表示熵等。这种约定俗成大大提高了学科内部沟通的效率。

举例说明:

让我们具体看几个例子,来体会希腊字母的应用:

数学: 圆周率 $pi$,求和符号 $Sigma$,集合论中的空集 $emptyset$ (phi的小写形式)。
物理学: 电场强度 $mathbf{E}$ (Efield) 和磁场强度 $mathbf{B}$ (Bfield) 是常见的,虽然是拉丁字母,但磁通量 $Phi$ (Phi) 和电通量 $Psi$ (Psi) 是希腊字母。再比如,表示电荷的符号,有时会用希腊字母 $ ho$ (rho) 来表示电荷密度。光速常写作 $c$,但有时会用希腊字母 $gamma$ (gamma) 来表示洛伦兹因子。
化学: 在有机化学中,为了表示碳链上的位置,常常使用希腊字母来命名,如与官能团直接相连的碳原子是 $alpha$ 碳,其下一个是 $eta$ 碳,以此类推。
工程学: 在电路分析中,电感常表示为 $L$,但用希腊字母 $phi$ (phi) 来表示磁链(电流与磁通量的乘积)。在材料科学和结构工程中,应力(stress)常表示为 $sigma$ (sigma),应变(strain)常表示为 $epsilon$ (epsilon)。在流体力学中,粘度常表示为 $mu$ (mu) 或 $ u$ (nu)。

结论:

总而言之,希腊字母之所以在理科和工科领域得到如此广泛的应用,是历史传承、语言本身的优越性以及实际应用需求的共同作用。它们是科学探索和技术创新的重要工具,以其简洁、清晰、国际通用的特点,帮助科学家和工程师们构建出严谨的理论体系,并高效地沟通复杂的思想。可以说,没有希腊字母,现代科学的面貌将大为不同。它们不仅仅是符号,更是连接过去、现在和未来科学智慧的桥梁。

网友意见

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我觉得重要原因是需要通过英文字母和希腊字母去区分不同的变量,就是我们所谓的内生变量和外生变量(参数)。理工科我不懂啦。一个柯布道格拉斯形的效用函数:

这里边的英文字母是U和Q,希腊字母是beta。

这是有道理的。因为U和Q通常被我们称为内生变量,而beta被我们称为外生变量。

U是效用,它取决于消费量,Q是消费量,它取决于消费者的选择,而beta则是外生的,它是人的偏好,被认为是给定的,不在这个模型内被决定。

再看一个普通的CES形式的效用函数:

这里的英文字母是大Q和小q,其实就是效用和消费量,而希腊字母是σ,它是替代弹性。同样效用和消费量都是在模型被被确定了,所以是内生变量,而σ则被认为是外生变量。

再举一个流行病学的例子(最近在看这个),一个SIR模型:

这里的S是易感人群(Susceptible),I是感染者(infective),R是康复的人(remove),可以看到,都是根据英文首字母来的。

但是其他参数都是希腊字母,一个是被感染的速度beta,一个是康复的速度γ。

现在在这个模型里,S,I和R是内生变量,它们的变化趋势是受到外生变量影响的。所以内生变量用英文字母,外生变量用希腊字母。

而这个系统下,什么时候I可以自己下降呢,这个临界条件取决于一个值是否大于1.这个值就是大名鼎鼎的R0


可见我们把一个非常重要的参数,表达成了初始易感人群S0,和一堆希腊字母的关系。

这就非常好用。这意味着我们把模型所能决定的变量,全部表示成模型以外的变量了。

接下来我们只要分析如何影响这些参数,就能够分析我们如何影响这个模型的全部动态了。

所以英文字母是受希腊字母决定的变量。

当然,并不是所有外生变量都是英文的,因为留给学者的希腊字母,早就不够用了。。。

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因为没得选。

现代自然科学通用的符号系统来自西欧,除数字外,流行于西欧的只有两套字符集:拉丁字母希腊字母。人们没有其它选择,于是就用它们的大写、小写、正体、斜体…… 来表示各种常数、变量、函数等要素。

可能由于当今拉丁字母在西方普遍被用来书写各种语言,已为大多数人所熟识,而希腊字母仅用于书写希腊语,作为「文字」的影响力远低于在自然科学领域作为「符号」的影响力,所以人们更容易对后者的独特地位感到好奇。

希腊字母,仿佛成为了超越语言文字本身的存在。

如果仅从现在的视角来看:

  • 相比于阿拉伯字母等其它符号,希腊字母和拉丁字母相近,在书写风格和排列习惯上类似,便于混用。
  • 相比于东欧衍生的西里尔字母,希腊字母在西欧更能得到文化认同,不被认为是纯粹的「外来文字」。
  • 相比于单独用拉丁字母,夹杂使用希腊字母能让各种常数、变量有更鲜明的辨识度,不易和文本混淆。
  • 世界各地学生看到 α, β, γ, δ, 都会用当地口音读出类似 alpha, beta, gama, delta 这些名称,而对拉丁字母则各有各的习惯叫法。比如拉丁字母 y,英语说成 wai,德语说成 üpsilon,法语说成 i-grec,西班牙语说成 i-griega...(还是绕不开希腊…)
  • 希腊字母名称识别度比拉丁字母高很多,特别是元音字母…
欧洲多国官方语言字母 O 的名称和发音 转自维基百科

但如果将目光推移到近现代科学理论开始爆发的15世纪,则会发现,更直接的原因是:

  • 拉丁字母即使大小写加起来,数量也不够用
  • 当时尚有许多科学家能阅读和运用古希腊语
  • 西方科学的源头和古希腊有千丝万缕的关联

某种意义上说,数学物理领域大量启用希腊字母,也和当时的「文艺复兴」潮流相呼应。

早在拉丁语和拉丁字母还没兴起前,古希腊学者已在用自己的语言文字记载他们的认识和发现。

欧洲语言中,许多学科名词最初源自古希腊语,例如

  • 数学:μαθηματικός (mathēmatikós)
  • 几何:γεωμέτρης (geōmétrēs)
  • 物理:φυσικός (phusikós)

但要注意的是:现代科学赋予希腊字母的大部分含义,并非传承自古希腊,而是后世学者重新设定的。比如 π 在古希腊表示的是数字 80,而将其用来表示圆周率则是18世纪初的事了。

圆周率 π 取自古希腊语 περιϕέρεια 的第一个字母(对应英语 periphery )

——相关阅读——

古希腊的「字母数字系统」

在古希腊,希腊字母固然被广泛使用,但它在数学中起到的主要作用,和后世有着本质区别。

亚里士多德、阿基米德、欧几里得等人生活的时代,希腊字母几乎是唯一普遍使用的字符集,甚至数学中的数字本身也是由这些字母构成的(英语称其为 alphabetic numerals,区别于商业贸易领域更常用的 acrophonic numerals)

关于这种字母数字系统是由古希腊人创制,还是从古埃及舶来,学界目前尚无定论

在字母数字系统中,古希腊人使用 α' β' γ' δ' ε' ς' ζ' η' θ' 表示 1-9,ι' κ' λ' μ' ν' ξ' ο' π' ϟ' 表示 10-90,ρ' σ' τ' υ' φ' χ' ψ' ω' ϡ' 表示 100-900,而千位数则使用在左上方或下方标符点的字母来表示,例如

  • 1000 写作 ,α'
  • 1001 写作 ,αα'
  • 2000 写作 ,β'
  • 2002 写作 ,ββ'
  • 2200 写作 ,βσ'
  • 2020 写作 ,βκ'
  • 2022 写作 ,βκβ'
  • 2021 写作 ,βκα'

当需要表达10000及以上的数字时,则采用上下堆叠的形式,表示某个四位以内的数字和10000之间的乘积关系,其中10000用大写的 M 来表示。例如

  • 在大写 M 上方用小字写上 β 代表 20000
  • 在大写 M 上方用小字写上 ,βκα 代表 20210000

随着希腊城邦的衰落和古罗马的兴起,拉丁文后来居上,在西欧社会诸多领域确立了统治地位。使用拉丁字母,基于 acrophonic numerals 的罗马数字也逐渐成为更加主流的数字系统,直到印度-阿拉伯数字的传入。

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