世界近代后期科技史-第6章
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作了类似的解释。从此，催化剂生成中间化合物的概念为人们接受。
在研究催化现象时，人们还发现催化反应不仅是在均相中进行，事实上
反应物在相界面上的浓度比在相中的浓度大，这叫“吸附作用”。1824年，
意大利学者波兰尼提出催化反应的吸附原理，他认为吸附是由于静电产生的
分子引力，结果使参与化合物质的质点相互接近，因而容易反应。但是法拉
弟认为吸附作用并不靠静电力，而是靠固体物质吸引呈现的气体张力。在19
世纪，自法拉弟之后催化理论没有更大的进展。
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四、近代后期数学
数学在这一历史时期 （1815—1872）取得了飞跃发展，这种发展的特征
主要表现在它的几个主要分支学科，如几何学、代数学与分析学等都发生了
深刻的变化，它们所蕴涵的新思想，对于以后数学的发展有着深远的影响。
1。非欧几何学的发现与几何学的发展
在这一历史时期，数学中最为引人注目的工作之一应当说是非欧几里得
几何学 （简称非欧几何学）的创立，欧几里得（约公元前330年——公元前
275年，古希腊人）在他的《几何原本》中以所谓的公设和公理的形式给出
了几何学的一些基本前提，其中平行公理（在《几何原本》中称之为第五公
设，在《几何原本》的另外一些版本中称之为第十一公理）现在通常是这样
叙述的：
“通过不在已知直线上的一个点，不能引多于一条的直线，平行于已知
直线”。由于欧几里得平行公理的陈述不够自明，又更像一条定理，因而引
起人们的极大关注，所以数学家试图用更为自明的命题代替它，或试图从欧
几里得的其它公设与公理中将其推导出来。从希腊时代起，将欧几里得平行
公理作为定理从其它的公设与公理推导出来的尝试，使数学家忙碌了两千多
年，提出过了这样或那样的证明。但是最终发觉在每一证明中或早或迟都使
用了等价于欧几里得平行公理的一条命题。换句话说，所有的这种证明都无
法逃脱循环论证的错误。尽管如此，然而在一些研究工作中还是蕴涵了积极
的思想，在这里首先应当提到的是萨开里（1667—1733，意大利）的研究工
作。萨开里于1733年出版了一部书名为《排除任何谬误的欧几里得》的著作。
在这部著作中萨开里考虑一个四边形ABCD，其中∠A＝∠B，它们
都是直角，并且AD＝BC。容易证明：∠C＝∠D。此二角的大小只有三种可能，
即为钝角、直角与锐角，萨开里称它们分别为钝角假设、直角假设与锐角假
设。由于欧几里得平行公理等价于直角假设，因此萨开里考察了另外两种可
能的选择。在钝角假设的基础上，应用欧几里得的其它公理，萨开里很容易
地推导出矛盾。在锐角假设下，萨开里证明了一系列有趣的结果，得到了现
今非欧几里得几何学中许多经典定理。最后，在讨论已知直线与过这直线外
一点的直线族的位置关系时，萨开里推导出两条渐近直线在无穷远必有一条
公垂线。他虽然没有得到任何矛盾，但却断言这一结论与通常观念显然不合
情理，于是判定锐角假设不真实。所以，萨开里坚信欧几里得平行公理可以
证明，并且自认为完成了欧几里得平行公理的证明。在萨开里那里，虽然直
观的合理性和逻辑的必然性被混为一谈，但是他所开创的方法毕竟开辟了一
条通向非欧几里得几何学的途径。后来，兰伯特（1728—1777，德国）于1766
年完成了题为《平行线论》的研究报告（1786年出版），他沿用萨开里的方
法，从考察一个有三个角都是直角的四边形出发，讨论第四个角是锐角、直
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角或钝角的可能性，并且相应地作出三种假设。兰伯特否定了钝角假设，但
是在锐角假设下得不出矛盾时，他对欧几里得平行公理的可证明性提出了怀
疑。兰伯特认识到任何一组几何假设，如果不导致矛盾，则一定可以提供一
种可能的几何学。兰伯特的思想是先进的，这是认识上的一个突破，没有这
种认识上的突破，非欧几里得几何学就不可能被发现。直到19世纪开始时，
虽然欧几里得平行公理的证明问题还是没有解决，但是在兰伯特之后关于欧
几里得平行公理的不可证明的思想在许多数学家的思想中萌发出来了。诚
然，坚持兰伯特的思想，沿用萨开里开创的方法，必将导致非欧几里得几何
学的发现。
非欧几里得几何学的发现应归功于高斯 （1777—1855，德国）、罗巴切
夫斯基（1793—1856，俄国）和波尔约（1802—1860，匈牙利）三位数学家。
罗巴切夫斯基大约在1815年开始研究欧几里得平行公理问题。最初，罗
巴切夫斯基与许多数学家一样相信欧几里得平行公理是可以证明的。在1823
—1826年期间，罗巴切夫斯基曾试图用与萨开里相同的方法证明欧几里得平
行公理。后来，罗巴切夫斯基果断地放弃了这种想法，他清楚地认识到在不
同的公理基础上可以建立不同的几何体系，附加欧几里得平行公理是建立欧
几里得几何学所必需的，以及由欧几里得平行公理的否定命题出发而得到的
结果将代表一种新的几何学。1826年2月23日罗巴切夫斯基在喀山大学的
一次学术报告会上以《几何学原理的扼要阐述，暨平行线定理的一个严格证
明》为题宣读了他的关于非欧几何学的论文，第一次公开了导致几何学革命
的新思想。但是，这篇论文中所阐述的思想没有被人们理解。1829年罗巴切
夫斯基把这一伟大发现写进了《论几何学基础》的论文发表在《喀山通报》
上，这是关于非欧几里得几何学的最早发表的文献。罗巴切夫斯基将欧几里
得平行公理改为它的否定命题，同时保留其它公理不变，在这一基础上建立
了一个新的几何体系。罗巴切夫斯基称之为虚几何学，后人称之为罗巴切夫
斯基几何学，或简称为罗氏几何学，也称之为双曲几何学。当然，在这一新
的几何学中不少结果将不可避免地与萨开里等人的工作一致。根据罗巴切夫
斯基几何理论，给出一条直线l与这条直线l外的一点C，则通过C点的所
有直线关于直线l将被分成两类，一类直线与l相交，另一类直线不与l相
交，构成两类直线之间的边界直线p与q属于后一类，称为平行线。换言之，
若记C点到直线l的垂直距离CD为a，则存在一个角π（a），称之为线段
CD的平行角，使得所有过C点与CD所成的角小于π （a）的直线将与直线l
相交，过C点的其它直线将不与直线l相交。在罗巴切夫斯基几何学中，除
平行线外，过C点而不与直线l相交的直线称为分散线，或超平行线。但是
在欧几里得意义下这些直线与直线l平行，所以从这意义说，在罗巴切夫斯
基几何学中过C点有无穷多条直线平行于直线l。
与罗巴切斯基同时，波尔约也独立发现了非欧几里得几何学，他把研究
结果写成题为《绝对空间的科学》的论文，附录于他父亲的一部讨论数学基
础的著作之后，在1832年出版。
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高斯约在1816年期间就获得非欧几里得几何学的基本思想，他已认识到
欧几里得平行公理不能在欧几里得几何学的其它公理、公设的基础上证明，
并且得到了在逻辑上相容的一种非欧几里得几何学，在其中欧几里得平行公
理不成立。然而高斯始终没有把这些研究结果发表出来，在一封信中他解释
说，是因为害怕这一思想不能被人们理解。
诚然，作为非欧几里得几何学发现的直接结果是欧几里得平行公理的问
题被最终解决，即欧几里得平行公理被证明是独立于欧几里得几何学的其它
假设。两千多年来，欧几里得几何空间一直被认为是反映现实世界的唯一正
确的几何空间，但是非欧几里得几何学的发现使得这种根深蒂固的观念动摇
了，从而为后世创造不同的几何体系开辟了道路。
非欧几里得几何学的创立在数学中导入了富有革命性的思想，但是由于
它背叛了传统观念，因此在它创立之初并未引起人们的重视。1866年贝尔特
拉米（1835—1899，意大利）发表了《论非欧几何的解释》的论文，给出了
罗巴切夫斯基几何学的第一个模型——伪球面模型，从而罗氏几何学在数学
上得到了确认。
1854年，黎曼（1826—1866，德国）作了题为“关于几何学基础的假设”
的讲演，提出了一种更为广泛的几何学，后来被称为黎曼几何学。黎曼推广
了高斯曲率概念，提出以非欧几里得的黎曼空间的曲率概念作为欧几里得空
间以及各种非欧几里得空间之间差异的量度。在一般的黎曼空间中，空间中
每一点的曲率是不同的，所以黎曼空间的本质是不均匀的。在特殊情况下，
黎曼空间可以具有常曲率。常曲率空间有三种类型，（1）零曲率空间，即欧几
里得空间；（2）负曲率空间，即罗巴切夫斯基空间；（3）正曲率空间，即狭义
的黎曼空间，或椭圆几何空间。于是欧几里得几何学与罗巴切夫斯基几何学
都成为一般的黎曼几何学的特例。黎曼的讲演于1868年刊行出版，黎曼的研
究工作是几何学发展上的一次突破，从而使人们逐渐认清了非欧几里得几何
学发现的革命意义。后来，由于凯莱（1821—1895，英国）与克莱因（1849
—1925，德国）等成功地将各种度量几何学归入射影几何学，以及代数学中
新概念的确立，从而导致在19世纪70年代实现了几何学的一次大综合，即
用群论的观点来刻划各种几何学的特征。
1872年，克莱因在德国埃尔朗根大学的教授职位就职时作了题为《近代
几何学研究的比较评述》的讲演，克莱因在演讲中阐述的基本观点是，每一
种几何学都是由变换群所刻划，并且各种几何学所要做的实际上就是在这个
变换群下讨论其不变量。在这次讲演中克莱因论述了变换群在几何学中的重
要作用，从变换群的观点对各种几何学进行了分类，将各种几何学看作为某
种变换群的不变量理论，以群论为基础统一几何学。根据克莱因的观点，各
种几何学都化为统一的形式。克莱因在这次演讲中所表述的处理、研究几何
学的观点和方法，后来以“埃尔朗根纲领”之称闻名于世，它对于几何学与
物理学的发展产生了重大的影响。
2。代数学的进展——数系的扩展，群论的诞生
近世代数，如同古典代数那样，是关于运算的理论，但它不把自己局限
于研究数的运算的性质上，而是研究更具有一般性的元素上运算的性质，在
19世纪前，数学家对于数系的认识已经形成了自然数、整数、有理数、实数
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和复数五大数系。进入了19世纪，数的理论的研究取得重大进展，对于五大
数系的逻辑结构与性质的研究，建立起了严格的理论；同时数系的扩展使得
代数学得到了解放，为各种新的代数系统的出现提供了基础。
1830年，皮科克（1791—1858，英国）著《代数论》，对代数运算和基
本法则进行了探索性研究，试图对代数学作类似于欧几里得几何学那样的逻
辑处理，以演绎方式建立代数理论。后来，德·摩根 （1806—1871，英国）
等推进了皮科克的工作。德·摩根认为：代数学实际上是一系列“运算”，
这种“运算”能在任何符号（不一定是数字）的集合上根据一定的公理进行。
这新的数学思想使得代数学得以脱离了算术的束缚，在那里，可以看到代数
结构概念出现的踪迹，以及为建立代数公理系统所作的准备，为代数学中更
抽象的思想铺平了道路。
1837年，哈密顿（1805—1865，英国）发表了题为《共轭函数与作为纯
粹时间的科学的代数》的论文，在这篇论文中将复数a＋bi看作实数序对（a，
b）而克服了对复数对几何直观的依赖，用实数序对定义复数的运算，并且说
明复数满足实数的运算规律。这样，实数a被看作特殊的复数 （a，0），从
而完成了数系从实数向复数的扩展，在实数基础上建立起了复数理论的逻辑
基础。哈密顿的这一工作对于后来的代数学发展具有重要的意义。它揭示了
数的概念有不同维数的差别，实数是一维的，复数是二维的，而且引导创造
多维复数的方向。
五大数系的乘法运算都满足结合律与交换律。在 19世纪早期，人们毫不
怀疑地认为一切其它类型的数的乘法都应具有这些性质。1843年，哈密顿提
出了四元数概念，于是一种乘法交换律不成立的数系诞生了。后来，哈密顿
在其论著《四元数讲义》（1853年）和《四元数基础》（1866年）中对四元
数作了进一步论述。一个四元数是一个有序四元数组 （a，b，C，d），或具
有a＋bi＋Cj＋dk的形式，其中a，b，c，d都是实数，i，j，k与复数中i
一样是基本单元。四元数中的a称为四元数的数量部分，bi＋cj＋dk称为四
元数的向量部分。哈密顿还建立了四元数的运算法则，其中四元数的加减法
运算与复数相应运算类似，在乘法运算中基本单元的运算如下：
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i=j=k=1，
jk=—kj=i，
ki=—ik=j，
ij=—ji=k。
四元数的乘法满足结合律，但乘法没有交换性。一种不满足乘法交换律的数
学对象的提出，或者说一种非交换的代数结构的发现，是一次重要的代数创
造，它打破了对于“数”所必须遵循的规则的古老信念，四元数理论的建立，
对代数学的影响是深远的，它为向量代数、向量分析以及结合代数理论的发
展打开了大门。
1844年，格拉斯曼（1809—1877，德国）发表了独创性著作《线性扩张
理论》，建立了有n个分量的超复数系理论。超复数比四元数更具有一般性，
格拉斯曼考虑的是一个n元有序实数组（x，x，…，x）或写成xe＋xe
1 2 n 11 22
＋…＋xe的形式，其中e，e，…，e是基本单元，两个这样的超复数可
nn 1 2 n
以定义相等、相加和相乘等运算与关系。但允许有不同的乘法，如格拉斯曼
还为这种超复数引进了称为内积与外积的两种乘法运算。在这里，对
