基本量

基本量 (Fundamental Quantity)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

當我們想要表達一個物體的物理性質的時候，會使用量度單位來當表示該特性（物理量）的大小程度。量度單位不統一，在交換資料或是溝通上會有諸多不便，在歷史上就曾有機組人員將英制跟公制單位搞混而造成飛機墜毀的意外事件。

所以在 1960 年 10 月十一屆國際度量衡會議決定了國際通用的國際單位，簡稱 SI 制，又稱公制單位。物理學上以時間、長度、質量、溫度、電流強度、發光強度、物質的量這七個少數可以相互獨立的物理量為基本量。在 SI 制中，他們的單位依次為：秒 (s)、公尺 (m)、公斤 (kg)、凱氏溫度 (K)、安培 (A)、燭光 (cd)、莫耳 (mol)。另外還有兩個輔助單位：平面角弧度 rad，立體角球面度 Sr。

物理學各領域中的其他量，都可以由這七個基本量透過對物理的基本概念推理並用數學運算導出，這些量則稱為導出量。例如：速度是距離除以時間，就可以推得速度的單位是 m/s。

上述每個基本量之單位的定義如下：

長度 (Distance)—公尺 (meter, m)：

第 17 屆國際度量衡會議 (1983)：光在真空中 $$\displaystyle\frac{1}{299,792,458}$$ 秒所行進的路徑長度為一公尺。

質量 (mass)—公斤 (kilogram, kg)：

第 1 屆國際度量衡會議 (1889)：定義法國巴黎國際度量衡局的國際公斤原器質量為一公斤。此為最後一個使用單位原器定義的基本單位，預計將於 2018 年改由普朗克常數來定義。

時間 (Time)—秒 (second, s)：

第 13 屆國際度量衡會議 (1967)：銫-133 原子基態的兩個超精细結構能階之間躍遷所對應的輻射的 $$9,192,631,770$$ 個周期的時間為一秒。

電流 (electric current)—安培 (Ampere, A)：

第 9 屆國際度量衡會議 (1948)：在真空中，截面積可忽略的兩根相距 $$1~m$$ 的無限長平行圓柱直導線内通以等量恆定電流時，若導線間相互作用力在每公尺長度上為 $$2\times 10^{-7}~N$$，則每根導線中的電流為一安培。

圖一、安培定義（本文作者蔡雨錡繪）

溫度 (temperature)—凱氏溫度(Kelvin, K)：

第 13 屆國際度量衡會議 (1967)：水的三相點與絕對零度相差的 $$\displaystyle\frac{1}{273.16}$$ 為 $$1~K$$。

物質的量 (number of particle)—莫耳 (mole, mol)：

第 14 屆國際度量衡會議 (1971)：一個系统所包含的基本微粒數與 $$0.012~kg$$ 碳-12 的原子數目相等為一莫耳。

發光強度 (Lumimus intensity)—燭光 (candela, cd)：

第 16 屆國際度量衡會議 (1979)：一個光源發出頻率為 $$540\times 10^{12}~Hz$$ 的單色輻射（黃綠色可見光），且在此方向上的輻射強度為 $$\displaystyle\frac{1}{683}~W/sr$$，該光源在給定方向上的發光強度即為一燭光。

參考文獻

1. International System of Units — http://en.wikipedia.org/wiki/International_System_of_Units
2. 物理的基本量與導出量｜Thoma’s 的物理世界。http://thomas120.blogspot.tw/2013/10/blog-post_12.html
3. 謝赫 (Knvul Sheikh) (2016)。最後的單位原器。科學人雜誌。176期10月號。http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=newscan&id=3219