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計量單位制的發(fā)展

計量單位制是和量制（基本量及其導(dǎo)出量的特定組合）同步發(fā)展起來的。古老的計量單位制，首先出現(xiàn)在一些經(jīng)濟(jì)文化發(fā)達(dá)的地區(qū)，隨著那里的文明共同發(fā)展。大約公元前25世紀(jì)，埃及的計量單位制中，長度的基本單位是庫比特（cubit肘尺），100庫比特等于1開赫特（khet）；土地面積單位斯坦塔（setat），1斯坦塔等于開赫特的平方。當(dāng)時已使用十進(jìn)制。這里長度與面積這兩個量已構(gòu)成量制，長度為基本量，面積為導(dǎo)出量，而庫比特與斯坦塔則是這個給定量制中的單位，庫比特為基本單位，斯坦塔為導(dǎo)出單位?？梢哉J(rèn)為這是量制和單位制的雛形。

中國從公元前五六世紀(jì)出現(xiàn)了明確的長度、容量、重量單位及其量制，到公元前一世紀(jì)，先人對長度基本單位尺給予了科學(xué)的定義：黃鐘律管長九寸；累黍橫排一百粒的長度。并由尺度導(dǎo)出容量和重量單位：一升的容積為十六又五分之一立方寸；一兩（十六分之一斤）為一合（十分之一分）黍的重量；也公布過“黃金方寸而重一斤”、“水一升冬重十三兩”的重量單位標(biāo)準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，而且建立了大量單位量標(biāo)準(zhǔn)。因此，中國二千多年前，在建立了度量衡三個量的量制基礎(chǔ)上，通過物理理論和數(shù)學(xué)形式構(gòu)成了邏輯的計量單位制體系。但由于長度和容量單位的分?jǐn)?shù)、倍數(shù)為十進(jìn)位，而“兩”的分?jǐn)?shù)、倍數(shù)單位為非十進(jìn)位，中國古代的度量衡制，還是非一貫計量單位制。中國古老的時間計量，發(fā)展到秦、西漢時期，用圭表測定當(dāng)?shù)氐臅r刻，日晷和漏刻測定晝夜時刻，技術(shù)上成熟，使用普遍。這些計時器具也借助度量衡器進(jìn)行測量。國家重視對度量衡和時間計量的管理，在典藉文獻(xiàn)中，兩者都列入“律歷志”加以論述。但始終未能把長度、重量和時間三個基本量選定在單位制系統(tǒng)內(nèi)，這是由于受到當(dāng)時技術(shù)水平的限制。

厘米克秒單位制

18世紀(jì)后半期，力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、靜電學(xué)已成為物理學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科。測量的范圍也從度量衡擴(kuò)展到所有的力學(xué)量、熱工量、電磁學(xué)和光學(xué)量，各種物理量都選擇合適的單位，建立起數(shù)學(xué)關(guān)系加以定義。19世紀(jì)后半期，米制已被歐洲、美洲的許多國家接受，把各種單位構(gòu)成邏輯關(guān)系形成一種單位制成為迫切要求。這時英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會（BAAS）提出，需要一種由某幾個基本單位按系統(tǒng)建立起來的一貫單位制。在力學(xué)中選擇三個基本量：長度、時間和質(zhì)量，它們的基本單位被選為：厘米、克和平均太陽時的秒。這個單位制中，除基本單位外，還包括按“一貫單位”的要求，導(dǎo)出的這個量制中所能導(dǎo)出的導(dǎo)出量的單位。所謂“一貫單位”，即用基本單位通過數(shù)字因素為1的形式所表示的導(dǎo)出單位。例如：厘米克秒制中力的單位達(dá)因（dyn）與其基本單位間的關(guān)系為1dyn=1（g·cm/s）/s=1g·cm/s2；功的單位爾格（erg），則1erg=1cm2·g/s2；速度的單位是厘米每秒（cm/s）。這個單位制稱為厘米克秒制（CGS），這是近代計量學(xué)中第一個計量單位制。但是，事實上，有很多物理量例如光學(xué)的、電學(xué)的、熱學(xué)的，是不能從這三個基本量導(dǎo)出的，這一量制只覆蓋了物理學(xué)中的運動學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)和原子物理學(xué)，這就使得19世紀(jì)末和20世紀(jì)初的一些物理學(xué)家大傷腦筋，總想從中導(dǎo)出電學(xué)、磁學(xué)的計量單位。另外，還有些物理學(xué)家也主張增加量制中的基本量來解決。這樣，演繹出了為數(shù)不少的量制和單位制。例如，在厘米克秒制的基礎(chǔ)上，派生了米千克秒制、米噸秒制這樣一些用較大的單位作為基本單位的單位制；英制中，相應(yīng)出現(xiàn)了英尺磅秒單位制；在工程技術(shù)上，用得更多的是力而不是質(zhì)量，因此，出現(xiàn)了以長度、力和時間作為基本量的三量綱制，稱之為工程量制。在這個給定量制下，出現(xiàn)了米千克力秒單位制、英尺磅力秒單位制。這類單位制統(tǒng)稱為重力單位制。為了和重力單位制相區(qū)別，把以長度、質(zhì)量和時間作為基本量的那一些單位制，稱之為絕對單位制。這兩類單位制中的單位，則分別稱之為重力單位和絕對單位。2012年注冊計量師考試

絕對靜電制（CGSe）和絕對電磁制（CGSm）

為了適應(yīng)電、磁現(xiàn)象計量的需要，物理學(xué)家首先將厘米克秒單位制（CGS）推行到電磁學(xué)單位，于是出現(xiàn)了絕對靜電制（CGSe）和絕對電磁制（CGSm）。19世紀(jì)初，德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家K.F.高斯（1777~1885）從事將數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)、天文學(xué)和大地測量學(xué)的研究。1832年發(fā)表《用絕對單位測量地磁場強度》，論證必須以力學(xué)中力的單位進(jìn)行地磁的“絕對測量”，代替用磁針進(jìn)行的地磁測量。為此，高斯在與德國物理學(xué)家W.E.韋伯的合作下，在磁學(xué)測量中引用了以毫米、毫克和秒這三個單位為基礎(chǔ)的“絕對”電學(xué)單位制。后來韋伯把它推廣到其它的電磁測量，并在1851年對從電的庫侖定律出發(fā)的一組物理公式中，確定了一種一貫性的絕對厘米克秒單位（由這三個基本單位按一貫導(dǎo)出單位的規(guī)則來導(dǎo)出力的單位，從一貫的意義上講，它是“絕對”的，所以叫做“絕對單位”）制，定名為靜電制（CGSe）。他又對從磁庫侖定律出發(fā)的一組物理公式中，確定了一種一貫性的絕對厘米克秒單位制，定名為電磁制（CGSm）。1851年，他還做了一個成功的實驗，用這一“絕對單位”，通過測量給出了導(dǎo)線的電阻。

厘米克秒靜電制之所以成立，是在庫侖定律中令比例系數(shù)α=1以及真空介電常數(shù)ε0為1，當(dāng)時，他并沒有認(rèn)識到這一設(shè)定，實際上已選取了第四個基本量和基本單位ε0，也沒有認(rèn)識到已采用的是非合理化公式。

在導(dǎo)出其他磁學(xué)量的單位時，還要選用一個磁學(xué)公式作為基本公式，即磁的庫侖定律，令其中比例系數(shù)β=1。從而導(dǎo)致真空磁導(dǎo)率 ，這里c0為真空中的電磁波傳播速度。

厘米克秒電磁制則是令μ0=1構(gòu)成的，同樣也沒有意識到這一設(shè)定已相當(dāng)于選取了第四個基本量和第四個基本單位。這個單位制中使得，用的也仍都是非合理化公式。

CGSe制與CGSm都在電磁學(xué)中使用，可是同一電磁量CGSe單位（ESU）與CGSm單位（EMU）數(shù)值相差很大，量綱也不一致，很易導(dǎo)致誤解，發(fā)生錯誤。

后來，高斯發(fā)現(xiàn)，只要把公式中的比例常數(shù)γ=c0，在α=1，β=1以及ε0=1和μ0=1的條件下，全部電學(xué)量的單位（包括量綱）都和CGSe制的一樣，全部磁學(xué)量的單位都和CGSm制的一樣，這就是曾廣泛使用的高斯單位制，他仍選厘米、克、秒作為基本單位，而實際上第四個基本量在電學(xué)量中是ε0，在磁學(xué)量中是μ0。

高斯制綜合了CGSe制和CGSm制，消除了一些混亂，但在那些既有電學(xué)量又有磁學(xué)量的公式中，即出現(xiàn)γ的公式需要改寫。高斯制用的也仍是非合理化公式。

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