世界近代后期科技史-第7章
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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，对于不同
的乘法定义就可以创造不同的代数，这正是格拉斯曼扩张工作的重要性所
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在。
哈密顿、格拉斯曼等的开创性工作，提出的不同于普通代数的新的代数
思想，导致了代数学的解放，促进了各种新的代数结构的产生和发展，从而
打开了通向抽象代数的大门。
群是具有一种运算的抽象代数结构，它是现代数学中最为重要的概念之
一。群论在许多学科领域有着广泛的应用，起着积极的作用。群的概念起源
于解高次方程，虽然在拉格朗日（1736—1813，法国）、高斯、鲁菲尼（1765
—1882，法国）和阿贝尔（1802—1829，挪威）等的研究工作中已蕴涵了群
论的萌芽和一些结果，但是群论公认的创立者是伽罗瓦（1811—1832，法国）。
伽罗瓦在世时只发表了几篇数学论文。1829年，伽罗瓦将两篇关于代数
方程可解性的论文呈送法国巴黎科学院，不幸遗失了。1831年，在泊松（1768
—1840，法国）的建议下，伽罗瓦写了一篇题为《关于根式解方程的可解性
条件》的论文，但是泊松认为这篇论文“不可理解”而被退回。1832年，在
伽罗瓦决斗致死的前夕，他整理了他的数学手稿，概述了他得到的主要研究
成果，托交给他的一位朋友，这份数学遗稿后来被保存下来了，内容实际上
包含了关于群论和方程的伽罗瓦理论。但是，在当时人们并不理解伽罗瓦的
工作。
在伽罗瓦死后14年，即1846年，由刘维尔（1809—1882，法国）在《纯
粹与应用数学杂志》上编辑发表了伽罗瓦的部分论文之后，伽罗瓦的工作才
逐渐引起人们的注意。1852年，贝蒂（1823—1892，意大利）发表了介绍伽
罗瓦理论的文章。1866年，塞雷特（1819—1885，法国）在他的《高等代数
教程》一书 （第3版）中将伽罗瓦理论以教科书的方式作了叙述，同时给出
了一些新的结果。1870年，若尔当（1833—1922，法国）在其名著《置换和
代数方程论》中给出了伽罗瓦理论的第一次全面清楚的论述。伽罗瓦深入研
究的是代数问题，他最主要的成就是：提出并论证了代数方程可用根式解的
普遍的判别准则，彻底解决了代数方程根式可解性问题，从概念和方法上为
最基本的一种代数结构——群论奠定了基础。关于用群论方法研究代数方程
的解的理论，为了纪念伽罗瓦，后来称之为伽罗瓦理论。伽罗瓦理论对于近
代数学的发展起了深远的影响，在伽罗瓦的短暂一生中，他为数学注入了新
的思想，将数学引向新的轨道。后来，在群论的领域由凯莱、戴德金（1831
—1916，德国）与李（1842—1899，挪威）等继续工作，这些工作不仅扩展
了群论，而且将它应用于各个领域，如在几何学中群论起到了统一分类的作
用。群的概念在代数中作为一个综合的基本结构，是抽象代数在20世纪兴起
的重要因素。
3。分析学的严格化，复变函数论的创立
一般说来，凡本质上与极限概念有关的数学分支称为分析数学。它是17
世纪以来在微积分学发展的基础上形成的数学中一大分支。它曾和几何学、
代数学并列为数学中三大主要分支。
围绕着分析学的基础问题，在18世纪曾经进行过一场争论。到了19世
纪，分析学中直观的然而并不严密的论证所导致的局限性和矛盾愈显突出。
因此分析学的严格化问题日益引起数学家的关注。事实上，这时期的微积分
虽然已发展成为一门独立的学科，具有丰富的内容和广泛的应用，但是它自
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己还未形成严格的逻辑体系。微积分学中的一些基本概念，如函数、极限、
导数、微分和积分等概念都没有严格的定义。分析学的严格化是从波尔查诺
（1781—1848，捷克）、柯西（1789—1857，法国）、阿贝尔和狄利克雷（1805
—1859，德国）的工作开始的，并由外尔斯特拉斯（1815—1897，德国）进
一步发展了的，其中柯西与外尔斯特拉斯的工作为最主要。通过上述数学家
的工作确立了以极限理论为基础的现代分析学体系，这是19世纪数学发展中
最为重要的成就之一。
1673年，莱布尼茨（1646—1716，德国）首先使用函数这一概念。柯西
在他的《分析教程》（1821年）中从定义变量开始，对于函数概念引入了变
量间对应关系。狄利克雷在1837年以变量间对应关系的说法给出了 （单值）
函数概念的现代定义，根据这个定义，对于函数不一定要求有解析表达式。
如在1829年给出的狄利克雷函数，即在一切有理数取值为1，在一切无理数
取值为0的函数。显然，这并不需要用解析表达式表示后才确定其为函数。
在分析学发展史上，极限理论的建立具有重要的意义，这一工作主要由
柯西完成的。柯西通过变量概念，而不是用几何与力学的直观给出了极限的
定义：
“若代表某变量的一串数值无限地趋向于某一固定值时，其差可以随意
小，则该固定值称为这一串数值的极限。”
这是到那时为止关于极限概念的最为清楚的定义，柯西关于分析学基础
的基本著作是：
① 《分析教程》（1821年），
② 《无穷小分析教程概论》（1823年），
③ 《微分计算教程》（1829年）。
通过这几部著作，柯西奠定了以极限理论为基础的现代分析学体系。当然，
用现代的标准来衡量，在柯西著作中的严格性是不够的，如用了“无限地趋
近”，“可以随意小”之类的语句表述极限概念尚显得模糊。后来，经过狄
利克雷、黎曼，特别是外尔斯特拉斯的工作，才使得分析学的现代形式终于
完成。外尔斯特拉斯思想清晰，善于澄清数学中一些基本而又模糊的概念。
1856年，外尔斯特拉斯在柏林大学的一次讲演中主张将分析学建立在算术概
念的基础上，提出了关于极限概念的“ε—δ”说法，对柯西的极限理论的
叙述施以“ε—δ”语言。这样，用“ε—δ”语言叙述分析学中一系列概
念，如极限、连续、导数和积分等，建立了现代分析学的严格体系。
1861年，外尔斯特拉斯构造出一个处处连续但处处不可微的著名函数例
子：
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为分析学中的许多问题必须借助于实数才能解决，如极限理论，连续性与可
微性等都与实数性质相关，所以为了保证分析学结论的正确，应当把分析学
理论完全建立在数的基础上，这样就要求有完整的实数理论。1872年，戴德
金出版了《连续性与无理数》，在这部著作中以有理数为基础，用崭新的方
法定义了无理数，建立起了完整的实数理论，从而建立在极限理论基础上的
分析学形成了严密的理论体系。所以，1872年可以看作是分析学基础完成的
一年。
18世纪末到19世纪初建立了复数与其代数运算的几何表示，是复变函
数理论建立的一个重要步骤。复变函数理论的研究对象是复变数的函数，柯
西在建立严格的分析学理论的同时，为复变函数理论奠定了基础。1814年，
柯西在巴黎科学院宣读了复变函数理论的第一篇重要论文 《关于定积分理论
的报告》（1827年发表），开创了复变函数理论的研究。柯西在复变函数理
论领域作出了出色的贡献，他给出了柯西——黎曼方程，定义了复函数沿复
数域中任意路径的积分，并得到了复函数沿复数平面上任意路径积分的基本
定理 （即柯西积分定理），由此导出了著名的柯西积分公式
1 f（
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五、近代后期天文学
1。19世纪天文望远镜的进步
天文望远镜的不断进步对天文学的发展起着有力的推动作用。在 17世
纪，色差曾对天文望远镜的成象产生了严重的影响，后来牛顿指出望远镜的
色差是由于透镜对不同色光有不同折射率的缘故，他利用反射光原理制造出
第一台全金属反射望远镜，从根本上消除了色差。
反射式望远镜在18世纪发展很快。1781年，W。赫歇尔（1738—1822年，
英国）曾用一台直径15cm自制反射天文望远镜首次观测到天王星。这使他大
受鼓舞，接连磨制出口径不断增大的反射望远镜。1789年，他制成直径1。22
米，焦距12。2米的大型反射式望远镜，投入使用不久便观测到土星的两颗卫
星。这一成就奠定了赫歇尔的近代大型反射式望远镜开创者的地位。
1845年，帕森斯 （1800—1867年，英国）制成了直径达1。83米的金属
反射式望远镜，镜筒长度达到17米，它架在南北走向的两堵高墙之间，只能
在东西方向上略作调整。利用这台望远镜在观测星云M 时，首次发现了旋
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涡结构，后来又发现了几个类似的结构。后来帕森斯在观测M星云时发现它
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的形状象一只螃蟹，便定名为“蟹状星云”。
为了使大型望远镜能够灵巧地运动，以便适应观测的需要，工程师纳史
密斯（1808—1890年，英国）和天文学家拉塞尔（1799—1880年，英国）对
大型望远镜作了大量改进。1839年，纳史密斯设计了一种转动机构，使观察
者只要坐在目镜旁边，转动手轮就能自由调节望远镜的位置和角度，从而观
察到天空的任意部分。
1846年，拉塞尔首创赤道式大型反射望远镜，直径为61厘米，配备了
跟踪天体周日视运动的机械装置，他用这台望远镜发现了海卫1。1851年，
他又相继发现天卫1和天卫2。1861年，他又研制了一台更大的赤道式反射
望远镜，直径达到1。22米。
折射天文望远镜在消除色差方面也取得了重要突破。1730年，数学家C。M。
霍尔（1703—1771年，英国）发现，用冕牌玻璃做凸透镜和火石玻璃做的凹
透镜构成透镜组可以消除色差。后来光学家多朗德（1706—1761年）详细研
究了消色差理论。由于当时无法制造直径大于十几厘米的大块优质玻璃，因
而限制了消色差折射望远镜的发展。
19世纪初，吉南德（1748—1824年，瑞士）利用匀均扰动玻璃液的方法
制成了大直径的优质玻璃。在此基础上光学家夫琅和费（1787—1826年，德
国）与他合作，共同制成一架消色差折射望远镜，直径达到24厘米，焦距4
米。这台望远镜也是赤道式的，配有跟踪装置。1847年，德国的默茨等人发
展了这一技术，他们研制出直径达到38厘米的消色差折射望远镜。这样，在
19世纪不仅有大型的金属反射望远镜，还有了大型消色差折射望远镜，从而
大大推进了天文学的发展。
2。对太阳系的深入研究
大型反射式天文望远镜和消色差折射望远镜的发展大大帮助了天文学家
对太阳系的深入观测，他们最关心的天体之一便是月亮。1839年，比尔（1790
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—1850年，德国）和马德勒尔（1794—1874年，德国）根据观测资料重新绘
制了月面图，他们正确地推测出月亮是一个无水、无空气、无生命的天体。
从1830年到1840年，比尔和马德勒尔对火星作了10年观测，他们在此
基础上绘成了火星全图，并在图上标有经纬度线。1868年，普罗克托（1837
—1888年，英国）根据新的观测结果重新绘制了火星图，他把图上微红的区
域定义为陆地，把广阔的暗蓝色部分定义为海洋。1876年，弗拉马利翁（1842
—1925年，法国）描绘了十分详尽的火星图。后来，人们才注意到火星上有
季节的变化，因为火星上那些斑痕的形状和色泽在不同季节里有明显的变
化。人们还注意到火星和地球一样也存在极冠，极冠随季节消长。火星与地
球的相似引起了天文学家的极大兴趣。
海王星的发现是19世纪行星研究的重要成就。早在17世纪天王星就被
多次观测过，布瓦尔（1763—1843年，法国）根据这些观测数据，在 1821
年编出天王星运行表。但他的表与1821年以后和1781年以前的观测值不相
符，到1848年与观测值在黄经度上偏差达2′之多。有人认为可能在天王星
之外还有一个未曾发现的行星，它有时扰乱了天王星的正常运行。英国青年
数学家亚当斯 （1819—1892年）经过5年计算，在1845年计算出了这颗行
星的轨道，他希望格林威治天文台帮助寻找这颗星，但没有得到响应。几乎
同时勒维烈（1811—1877年，法国）也在研究天王星的反常运动。1846年他
计算出这颗未知行星的轨道参数，同时将结果通知柏林天文台的加勒 （1812
—1910年，德国）。加勒当晚就用望远镜在勒维烈预告的位置附近找到了这
颗行星，海王星就这样被发现了。
海王星是天文学史上首次由理论计算预测到的天体，它是摄动理论的伟
大胜利。勒维烈受此鼓励决定重新计算太阳系各大行星的运动轨道，并编制
新的星历表。但是这一工作并不完美，其中最重要的误差是水星近日点在每
世纪里比牛顿理论推算的结果多前进了38″，勒维烈以为在水星轨道内必然
还有一颗未知的行星，但是后来始终未能找到它，直到本世纪初广义相对论
提出后，水星近日点的反常运动才得到合理的解释。
太阳系中，彗星也是引人注意的现象。由于18世纪对彗星轨道的成功计
算，使得这方面的研究工作十分活跃。1818年，恩克（1791—1865年，德国）
计算了一颗当年发现的彗星轨道，轨道周期是3年零106天，他还认为这颗
星与1786、1795、1805年观测到的彗星是同一颗星。这颗彗星就定名为恩克
彗星。此后，恩克彗星总是如预计一样如期而至，成为哈雷彗星之后第二颗
按预测回归的例子。1828年，当恩克彗星接近太阳时，慧头逐渐变小，人们
于是猜测它是否在宇宙中失去了一些物质。这一现象直到本世纪中期才得到
合理的解释。
1826年，比拉（1782—1856年，奥地利）发现了一颗彗星，后来定名比
拉彗星。桑提尼（1784—1877年）在计算时考虑了地球、木星和土星的引力
引起的摄动，从而得出比拉彗星在1832年11月27日经过近日点，他的计算
