Базовая единица измерения (также называемая базовой единицей или фундаментальной единицей ) — это единица измерения, принятая для базовой величины . Базовая величина — это одна из традиционно выбранных подмножеств физических величин , в которой ни одна величина из этого подмножества не может быть выражена через другие. Базовые единицы СИ , или Международная система единиц , состоят из метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, моля и канделы.
Единичное кратное (или кратное единице ) представляет собой целое число , кратное данной единице; аналогично единичное дробное (или дробное единицы ) является дробным или единичной долей данной единицы. [1] Префиксы единиц представляют собой общие кратные и дробные степени единиц по основанию 10 или 2.
В то время как базовая единица - это единица, которая была четко обозначена, [2] производная единица - это единица производной величины , включающая комбинацию величин с различными единицами; [1] несколько производных единиц СИ имеют специальные названия. Когерентная производная единица не требует коэффициентов пересчета .
На языке измерений физические величины — это измеримые аспекты мира, такие как время , расстояние , скорость , масса , температура , энергия и вес , а единицы измерения используются для описания их величины или количества. Многие из этих величин связаны друг с другом различными физическими законами, и в результате единицы количества обычно могут быть выражены как произведение степеней других единиц; например, импульс — это масса, умноженная на скорость, а скорость — это расстояние, деленное на время. Эти отношения обсуждаются в анализе размерностей . Те, которые могут быть выражены таким образом через базовые единицы, называются производными единицами .
В Международной системе единиц (СИ) существует семь основных единиц: килограмм , метр , кандела , секунда , ампер , кельвин и моль . Было определено несколько производных единиц, многие из которых имеют специальные названия и символы.
В 2019 году семь базовых единиц СИ были переопределены с точки зрения семи определяющих констант. Поэтому базовые единицы СИ больше не нужны, но были сохранены по историческим и практическим причинам. [3] См. новое определение базовых единиц СИ в 2019 году .
Набор основных размерностей величины — это минимальный набор единиц, через который можно выразить любую физическую величину. Традиционными базовыми размерностями являются масса , длина , время , заряд и температура , но в принципе можно использовать и другие основные величины. Вместо заряда можно использовать электрический ток , а вместо длины — скорость . Некоторые физики не признают температуру в качестве основного измерения, поскольку она просто выражает энергию, приходящуюся на частицу, на степень свободы, которую можно выразить через энергию (или массу, длину и время). [4] Дафф утверждает, что только безразмерные величины имеют физический смысл, а все размерные единицы являются человеческими конструкциями. [5]
Существуют и другие отношения между физическими величинами, которые могут быть выражены посредством фундаментальных констант, и в некоторой степени решение о том, сохранить ли фундаментальную константу как величину с размерностями или просто определить ее как единицу или фиксированное безразмерное число , является произвольным . и уменьшите количество явных базовых величин на одну. Онтологический вопрос заключается в том , действительно ли эти фундаментальные константы существуют как размерные или безразмерные величины. Это эквивалентно тому, чтобы рассматривать длину как то же самое, что и время, или понимать электрический заряд как комбинацию величин массы, длины и времени, что может показаться менее естественным, чем думать о температуре как об измерении того же материала, что и энергия (что выражается в терминах масса, длина и время).
Например, время и расстояние связаны друг с другом скоростью света c , которая является фундаментальной константой. Это соотношение можно использовать для исключения базовой единицы времени или расстояния. Аналогичные соображения применимы к постоянной Планка h , которая связывает энергию (размерность которой выражается через массу, длину и время) с частотой (размерность которой выражается через время). В теоретической физике принято использовать такие единицы (натуральные единицы), в которых c = 1 и ħ = 1 . Аналогичный выбор можно применить к диэлектрической проницаемости вакуума ε 0 .
Предпочтительный выбор зависит от области физики. Использование натуральных единиц оставляет каждую физическую величину выраженной в виде безразмерного числа, что отмечают физики, оспаривающие существование несовместимых основных величин. [5] [6] [7]
Произвольность числа фундаментальных единиц и размеров любой физической величины
в
этих единицах подчеркивали Абрахам, Планк, Бриджмен, Бирдж и другие.
Однако из-за произвольного характера измерений, столь умело представленного Бриджменом, выбор и количество фундаментальных единиц произвольны.