国际单位制（法语：Système International d'Unités，简称SI），源于公制（又称米制），是世界上最普遍采用的标准度量系统。国际单位制以七个基本单位为基础，由此建立起一系列相互换算关系明确的“一致单位”。另有二十个以十进制作为基础的词头（前缀），当加在单位名称或单位符号前的时候，可用于表达该单位的倍数或分数。
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“SI”重定向至此。关于Si的其他含义，请见“Si”。此条目的主题是国际单位制。关于药理计量单位（International Unit）的简称，请见“国际单位”。国际单位制源于法国大革命期间所采用的十进制单位系统──公制；现行制度从1948年开始建立，于1960年正式公布。它的基础是米-千克-秒制（MKS），而非任何形式的厘米-克-秒制（CGS）。国际单位制的设计意图是，先定义词头名称和单位名称，但单位本身的定义则会随着度量科技的进步、精准度的提高，根据国际协议来演变。例如，分别于2011年、2014年举办的第24、25届国际计量大会讨论了有关重新定义千克的提案。[1]基本单位的定义修订提案于2018年11月16日的第26届大会通过。[2]，并于2019年5月20日起正式生效。[3]
随着科学的发展，厘米-克-秒制中出现了不少新的单位，而各学科之间在单位使用的问题上也没有良好的协调。因此在1875年，多个国际组织协定《米制公约》，创立了国际计量大会，目的是订下新度量衡系统的定义，并在国际上建立一套书写和表达计量的标准。
国际单位制已受大部分国家所采纳，但在英语国家当中，国际单位制并没有受到全面的使用。
历史
公制最早在1790年代法国大革命期间采用，当时只有长度和质量的原器，分别作米和千克的定义标准。[注 1]1830年代，卡尔·弗里德里希·高斯为一套建立在长度、质量和时间上的“一致单位制”打下了根基。1860年代，在英国科学促进协会（英语：British Association for the Advancement of Science）的主持下，一组科学家制订了一套包含基本单位和导出单位的一致系统。但当时人们同时使用着多个与电有关的单位，因此阻碍了将电单位纳入这套单位制之中。直到1900年，乔瓦尼·吉奥尔吉才提倡在原来的三个基本单位之外再加一个电单位。
1875年，法国根据《米制公约》把维护千克和米定义原器的责任转交给国际组织。1921年，公约适用范围扩大至所有物理量，包括最早于1893年定义的各种电单位。
1948年，学者们开始将公制重新制订为一套“实用单位制”，经过逾十年的发展后，终于在1960年公布“国际单位制”。1954年第10届国际计量大会把电流、温度及发光强度定为“基本物理量”，使基本物理量增加至六个。相对应的基本单位有米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉。1971年，国际单位制再添一个基本物理量──以摩尔来表示物质的量。
1791年，法国科学院的一个委员会受国民议会和路易十六的委派，开始建立一套统一、基于理性的度量衡系统，这将成为公制。[6]成员包括“现代化学之父”安东万-罗伦·德·拉瓦节及数学家皮耶尔-西蒙·拉普拉斯和阿德里安-马里·勒壤得。[7]:365当时的社会反应，有抗拒的，也有不屑一顾的，还有嘲讽的。[8]:89委员会在设计长度、体积和质量的相互关系时所遵从的原则，和1668年英国神职人员约翰·威尔金斯在《论真正的文字和哲学语言》（英语：An Essay towards a Real Character and a Philosophical Language）中所提倡的一致。[9][10]他们也根据最早于1670年由法国神职人员加布里埃尔·穆东提出的方法，利用地球的子午线作为长度的定义基础。[11][12]1791年3月30日，国民议会采纳了委员会的新度量衡系统，并批准在敦刻尔克和巴塞罗那之间进行勘察，以确立子午线的长度。1792年7月11日，委员会提出将长度、面积、容积和质量的单位名称分别定为metre（米）、acre (公亩）、litre（升）和grave（千克的旧名），而这些单位的倍数和分数则用以十进制为基础的词头来表示，如centi表示一百分之一，kilo表示一千倍等等。[13]:82
1795年4月7日法律（芽月18日法）订下了gramme（克）和kilogramme（千克），分别取代先前的gravet（准确来说是milligrave）和grave。在皮埃尔·梅尚和让-巴蒂斯特·德朗布尔的子午线勘察结束后，米和千克的标准原器于1799年6月22日正式交由法国国家档案馆（法语：Archives Nationales）保管。同年12月10日，即拿破仑的雾月政变之后的一个月，霜月19日法正式通过，法国将全面采用公制。[19][20]
19世纪上半叶，不同基本单位有不同的常用倍数词头：法国和德国部分地区常用myriametre（1万米）量度距离，但在量度质量时却用kilogramme（1千克），而非myriagramme（1万克）。[4]
1832年，德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯在威廉·韦伯的协助下，得出了地球磁场的强度，并以毫米、克和秒所组成的单位写出。秒因此从实际上成为了一个基本单位。[14]此前，科学家只是以相对值来比较各地的地磁场强度，但高斯把磁铁在磁力底下的扭矩与物体在引力底下的扭矩视为等同，所以能够为磁场强度设下一个建立在质量、长度和时间上量纲。[21]
1860年代，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦及威廉·汤姆孙（开尔文男爵）等科学家在英国科学促进协会的主持下，在高斯的基础上做了进一步的规范，建立起一套由基本单位和导出单位所组成的一致单位制。利用一致性原则，他们成功定义了一组厘米-克-秒制单位，包括：尔格表达能量、达因表达力、微巴表达压力、泊表达剪切黏度、斯托克斯表达运动黏度等等。[17]
法国的度量衡改革启发了计量学上的国际合作计划，多国最终于1875年签署《米制公约》。[7]:353–354公约最初只规定了米和千克的标准：作为定义标准的共有30件米原器及40件千克原器，[注 2]材料均为含90%铂和10%铱的合金，由英国庄信万丰公司制造，1889年被国际计量大会采用。原器中随机各选出一件分别做国际米原器和国际千克原器，从此取代早前由法国国家档案馆保管的米和千克原器。公约的每个签署国都可拥有一个余下的原器，做该国的定义标准。[22]
根据公约，由三个国际组织来监督国际计量标准：[23]
- 国际计量大会（法语：Conférence générale des poids et mesures）：每四至六年举办一次，由各成员国代表组成，目的是讨论国际计量委员会有关国际单位制新发展的报告；
- 国际计量委员会（法语：Comité international des poids et mesures）：委员为十八名有威望的科学家，由国际计量大会选出，每年在国际计量局召开会议，并对国际计量大会提出行政上和技术上的建议；
- 国际计量局（法语：Bureau international des poids et mesures）：位于法国塞夫尔的一所国际计量学中心，负责保管国际千克原器，为国际计量大会和国际计量委员会提供计量服务，亦是它们的秘书处和会议举办的场地。其最初的作用是定期将各国的米和千克原器与国际千克原器进行比较。
1921年，米制公约的涵盖范围扩展至所有物理单位，包括安培以及其他在1893年美国芝加哥举办的第4届国际电工大会（英语：Fourth International Conference of Electricians）上所定义的单位。这让国际计量大会能够解决公制使用上一些不一致的地方。[15][24]:96
人们在19世纪末时同时使用着三个不同的电单位制，分别为：CGS静电单位制，又称高斯单位制，简称ESU；CGS电机械单位，简称EMU；以及用于配电系统的米-千克-秒制（国际单位制）。[26]在试图根据量纲分析用长度、质量及时间表达电单位时，科学家遇到了诸多困难──在使用ESU或EMU时，物理量会具有不同的量纲。[18]1900年，乔瓦尼·吉奥尔吉发表了一篇论文，提倡在当时的三个基本单位以外，再加一个基本单位，电单位不一致的问题迎刃而解。这第四个单位可以是电流、电压和电阻中的其中一个。[27]
19世纪后期至20世纪初期，人们采用了一系列不一致的单位制，在质量上有的用克，有的用千克；在长度上有的用厘米，有的用米。例如有：表达功率的“Pferdestärke”（公制马力）、[28][注 3]表达渗透性的达西[29]及表达气压和血压的毫米汞柱。这些广泛使用的单位之中，有的用到了标准重力。
到了第二次世界大战尾声，全球各地仍然使用着各种不同的单位制，有的是公制的另类版本，有的则是基于所谓的“习惯单位”，如美制单位。1948年，在国际纯粹与应用物理学联合会及法国政府代表的参与下，第9届国际计量大会委派国际计量委员会对科学界、技术界和教育界的计量需求进行一项调查，并为一种单一整合、能供遵守《米制公约》的世界各国使用的单位制提出建议。[30]
根据此项调查的结论，1954年第10届国际计量大会决定，这个国际性的单位制应以六个基本单位为基础，能够用于测量温度、可见光辐射、机械及电磁物理量。建议中的六个基本单位分别为：米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉。1960年第11届国际计量大会正式将这一单位制命名为“国际单位制”（法语：Le Système International d'Unités），简称SI。[24]:110[31]国际计量局也曾把国际单位制称为“现代公制”。[24]:951971年第14届国际计量大会将摩尔纳入为第七个基本单位。[32]
国际物理量系统（英语：International System of Quantities）是以以下七个“基本物理量”为基础的系统：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度。其他物理量，如面积、压力及电阻，都可以根据明确、不相互矛盾的公式从这些基本物理量推导得出。国际物理量系统所定义的，是国际单位制单位所量度的物理量。[33]ISO/IEC 80000国际标准对国际物理量系统做了定义，定义于2009年经ISO 80000-1进一步完善。[34]
自从1960年重新定义米之后，千克便一直是唯一一个依赖某件人造物体来定义的国际单位制基本单位：全球各地的千克标准都须定期与位于法国塞夫尔的国际千克原器进行比较。[35]
2007年第23届国际计量大会建议国际计量委员会进一步研究，如何通过固定物理常量的数值来定义基本单位，从而代替现用的国际千克原器，并使国际单位制的宗旨从“单位之定义”转移至“物理常量之定义”。[36][37]
2010年，单位顾问委员会在英国召开的会议通过了《国际单位制手册》的修订草案，同年呈交至国际计量委员会。[38][39]此项草案建议：
- 除光速与库仑常数以外，为四个物理常量──普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数及阿伏伽德罗常量──定义固定精确数值。
- 淘汰国际千克原器。
- 修订千克、安培、开尔文及摩尔的现用定义。
- 所有基本单位的定义措辞改为更加精简，并须反映出着重点从“单位之定义”转移至“物理常量之定义”。
2010年国际计量委员会会议审阅了确立各物理常量固定数值的进度，但认为“第23届国际计量大会所设下的条件仍未完全满足，因此本会目前不建议修订国际单位制。”[40]
在2011年第24届大会上，国际计量委员会从原则上赞成对定义进行必要的修订，并重申修订前必须达到的各项条件。[41]2014年第25届大会召开时，第23届大会所设下的条件仍未满足，因此大会再次建议在确立物理常量固定值方面做进一步工作。[42]
2018年11月16日，国际单位制重新定义的提案在第26届大会上通过采纳。新定义将于2019年5月开始生效。[43][44]科学技术数据委员会基本常数任务组已宣布将于该次大会上公布的数值的提交限期。[45]
国际单位制手册
国际计量大会定期颁布一份手册，阐述国际单位制的定义。[24]其官方版本为法语，与《米制公约》相符。[24]:102因此，世界各国在对名词进行不同语言的翻译时，有一定的自由度，如美国国家标准技术研究所所发布的针对美式英语的国际计量大会文件本地版本（NIST SP 330）。[46]
《手册》是由国际计量委员会属下的单位顾问委员会所编写。单位顾问委员会的主席由国际计量委员会提名，但成员来自于国际计量大会及委员会以外的国际组织。[47][注 4]
《国际单位制手册》所用的“物理量”、“单位”、“量纲”等名词，都出自由计量学联合导则委员会（JCGM）出版的《国际计量词汇》。该委员会是一个由八个国际标准组织组成的工作小组，由国际计量局局长担任会长。[48]用于定义国际单位制的物理量和公式，统称为“国际物理量系统”，列于ISO/IEC 80000物理量与单位国际标准。
单位与词头
国际单位制的组成部分为：一组基本单位、一组有特殊名称的导出单位以及一组十进制倍数词头（前缀）。根据《国际单位制手册》，“SI单位”囊括以上三个部分，而“一致SI单位”则只包含基本和导出单位。[24]:103–106
单位符号及数值的书写格式
参见
备注
参考文献
外部链接
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