一、米制的建立
米制是國際上最早建立的一種計(jì)量單位制，早在十七八世紀(jì)，人們就感到計(jì)量單位和計(jì)量制度比較混亂，影響了國際貿(mào)易的開展、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技的交流，迫切希望科學(xué)家們探索研究一種新的、通用的、適合所有國家的計(jì)量單位和計(jì)量制度。于是在1791年經(jīng)法國科學(xué)院的推薦，法國國民代表大會(huì)確定了以長度單位米為基本單位的計(jì)量制度。規(guī)定了面積的單位是平方米，體積的單位為立方米。同時(shí)給質(zhì)量單位作了定義， 采用1立方分米的水在其密度最大時(shí)的溫度(4℃)下的質(zhì)量。因?yàn)檫@種計(jì)量制度是以米為基礎(chǔ)，所以把它叫做米制。為了進(jìn)一步統(tǒng)一世界的計(jì)量制度，1869年法國政府邀請(qǐng)一些國家派代表到巴黎召開“國際米制委員會(huì)”會(huì)議。1875年3月1日，法國政府又召集了有20個(gè)國家的政府代表與科學(xué)家參加的“米制外交會(huì)議”，并于1875年5月20日由17個(gè)國家的代表簽署了《米制公約》， 為米制的傳播和發(fā)展奠定了國際基礎(chǔ)。由各簽字國的代表組成的國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)是“米制公約” 的最高組織形式， 下設(shè)國際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)，其常設(shè)機(jī)構(gòu)為國際計(jì)量局(BIPM)。1889年召開了第一屆國際計(jì)量大會(huì)。截止到2011年5月，“米制公約”正式成員國已有55個(gè)。我國于1977年加入“米制公約”。
二、國際單位制的形成
計(jì)量單位制的形成和發(fā)展，與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展、國際間的貿(mào)易發(fā)展和科技交流，以及人們生活等緊密相關(guān)。1948年召開的第九屆國際計(jì)量大會(huì)作出決定， 要求國際計(jì)量委員會(huì)創(chuàng)立一種簡單而科學(xué)的并供所有“米制公約”成員國都能使用的實(shí)用單位制。1954年，第十屆國際計(jì)量大會(huì)決定采用米、千克、秒、安培、開爾文和坎德拉作為基本單位。1958年，國際計(jì)量委員會(huì)又通過了關(guān)于單位制中單位名稱的符號(hào)和構(gòu)成倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù)單位的詞頭的建議。1960年召開的第十一屆國際計(jì)量大會(huì)決定把上述計(jì)量單位制命名為“國際單位制”，并規(guī)定其國際符號(hào)為“SI”。1971年召開的第十四屆國際計(jì)量大會(huì)決定增加物質(zhì)的量的單位摩爾作為基本單位。從1975年第十五屆國際計(jì)量大會(huì)到1991年第十九屆國際計(jì)量大會(huì)，先后決定增加放射性計(jì)量的2個(gè)具有專門名稱的導(dǎo)出單位貝可勒爾和戈瑞， 同時(shí)又增加了4個(gè)詞頭，即10-24、10-21、1021 和1024，從而形成了一個(gè)較為完整的計(jì)量單位制體系???國際單位制。隨著科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，國際單位制還會(huì)進(jìn)一步得到充實(shí)和完善。
三、國際單位制及其單位
新中國成立前，我國多種單位制并用，如米制(公制)、市制、英制等。新中國成立后，1959年國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于統(tǒng)一計(jì)量制度的命令》，確定米制為我國計(jì)量制度。國際單位制形成后，我國對(duì)推行國際單位制很重視，1977年國務(wù)院頒布的《計(jì)量管理?xiàng)l例(試行)》第三條規(guī)定:“我國的基本計(jì)量制度是米制(即“公制”)，逐步采用國際單位制”。1978年國務(wù)院又批準(zhǔn)成立了由20人組成的“國際單位制推行委員會(huì)”，負(fù)責(zé)組織全國性的國際單位制推行工作。為了保證國家計(jì)量制度的統(tǒng)一，1985年我國頒布的《計(jì)量法》第三條規(guī)定:“國家采用國際單位制”。什么叫國際單位制？JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》中講，“由國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)批準(zhǔn)采用的基于國際量制的單位制，包括單位名稱和符號(hào)、詞頭名稱和符號(hào)及其使用規(guī)則”叫它為國際單位制。其中的國際量制是指“與聯(lián)系各量的方程一起作為國際單位制基礎(chǔ)的量制”，而量方程是指”給定量制中各量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它與測(cè)量單位無關(guān)”。它是以符號(hào)表示量之間關(guān)系的公式，如F=ma，就是反映力與質(zhì)量和加速度之間關(guān)系的量方程，它不同于單位方程。單位方程是指“基本單位、一貫導(dǎo)出單位或其他測(cè)量單位間的數(shù)學(xué)關(guān)系”，如果J=kg.m.s-2，它反映功(能量)的單位與長度單位、質(zhì)量單位和時(shí)間單位之間關(guān)系的單位方程。
國際單位制的單位由兩部分組成， 即SI單位和SI單位的倍數(shù)單位，它的組成如圖1所示。
SI單位的倍數(shù)單位包括SI單位的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位。7個(gè)SI基本單位是:長度米(m)、質(zhì)量千克(kg)、時(shí)間秒(s)、電流安(A)、熱力學(xué)溫度開(K)、物質(zhì)的量摩(mol)和發(fā)光強(qiáng)度坎(cd)。對(duì)每一個(gè)SI基本單位都作了嚴(yán)格的定義，如米的定義是:“光在真空中于(1/299792458)s的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度。”
國際單位制的導(dǎo)出單位由兩部分組成， 一部分是包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位(共21個(gè))。由于導(dǎo)出單位中有的單位名稱太長，讀寫都不方便， 所以國際計(jì)量大會(huì)決定對(duì)常用的19個(gè)SI導(dǎo)出單位給予專門名稱， 這些具有專門名稱的導(dǎo)出單位絕大多數(shù)都是以科學(xué)家的名字命名的， 如力的單位kg.m.s-2稱為牛(N)。1984年我國公布法定計(jì)量單位時(shí)，將平面角弧度(rad)和立體角球面度(sr)稱為SI輔助單位。1990年，國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定它們是具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位的一部分。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3100-1993《國際單位制及其應(yīng)用》中已將平面角弧度和立體角球面度列入具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位。用SI導(dǎo)出單位中另一部分為組合形式的SI導(dǎo)出單位，用SI基本單位間或SI基本單位和具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位的組合通過相乘或相除構(gòu)成的但沒有專門名稱的SI導(dǎo)出單位，稱為組合形式的SI導(dǎo)出單位。這類單位很多，如加速度單位m?s-2、面積單位m2、電場(chǎng)強(qiáng)度單位V/m等。SI單位的倍數(shù)單位是由SI詞頭加在SI基本單位或SI導(dǎo)出單位前面所構(gòu)成的單位，如千米(km)、毫伏(mV)等，但千克(kg)除外。國際單位制中SI詞頭有20個(gè)，從10-24～1024，其中4個(gè)是十進(jìn)位的，即102為百(h)、101 為十(da)、10-1為分(d)和10-2為厘(c)，其余16個(gè)詞頭都是千進(jìn)位，如兆帕(MPa)、微安(μA)等。詞頭的符號(hào)有國際通用符號(hào)和中文符號(hào)，如103國際符號(hào)為k，中文符號(hào)為千；106為M(兆)；10-3為m(毫)；10-6為μ(微)等。
具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位和SI詞頭可以查閱有關(guān)資料。
四、國際單位制的特點(diǎn)
國際單位制能廣泛被應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn):
(1)具有統(tǒng)一性
它包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、物理化學(xué)、固體物理學(xué)、分子和原子物理學(xué)等各理論科學(xué)和各科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的計(jì)量單位，并將科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、國內(nèi)外貿(mào)易及日常生活中所使用的計(jì)量單位都統(tǒng)一在一個(gè)計(jì)量單位制中，堅(jiān)持一個(gè)單位只有一個(gè)名稱和一個(gè)國際符號(hào)的原則。
(2)具有簡明性
它取消了相當(dāng)數(shù)量的繁瑣的制外單位，簡化了物理定律的表示形式和計(jì)算手續(xù)，省去了很多不同單位國際單位制之間的單位換算。由于其是一種十進(jìn)制單位，貫徹了一貫性原則，使它顯得簡單明了，方便使用。
(3)具有實(shí)用性
SI基本單位和大多數(shù)SI導(dǎo)出單位的大小都很實(shí)用，而且其中大部分已經(jīng)得到了廣泛使用，如A(安)、J(焦)等。由SI詞頭構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)單位，可以使單位大小在很大范圍內(nèi)調(diào)整。
(4)具有合理性
國際單位制堅(jiān)持“一個(gè)量對(duì)應(yīng)一個(gè)SI一貫制導(dǎo)出單位”的原則，避免了多種單位制和單位的并用及換算，消除了許多不合理甚至是矛盾的現(xiàn)象，如用焦耳代替了千克力米、爾格、大卡、瓦特小時(shí)等，避免了同類量具有不同的量綱的矛盾。
(5)具有科學(xué)性
國際單位制的單位是根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的物理定律嚴(yán)格定義的， 它明確和澄清了很多物理量與單位的概念，并廢棄了一些舊的不科學(xué)的習(xí)慣概念、名稱和用法，如把千克(俗稱公斤)既作為質(zhì)量單位，又作為重力單位， 質(zhì)量與重力是兩個(gè)性質(zhì)完全不同的物理量。
(6)具有精確性
7個(gè)SI基本單位都能以當(dāng)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度來復(fù)現(xiàn)和保存。目前，我國長度計(jì)量單位米復(fù)現(xiàn)不確定度為2*10-11m，時(shí)間秒復(fù)現(xiàn)不確定度為5*10-15s等。
(7)具有繼承性國際單位7個(gè)SI基本單位中有6個(gè)是米制原來所采用的，它克服了米制的不足，但又繼承了米制的優(yōu)點(diǎn)。它是建立在米制基礎(chǔ)上的單位制，所以稱它為現(xiàn)代米制。除上述優(yōu)點(diǎn)外，國際單位制還具有通用性強(qiáng)、比較穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此被國際上許多國家、國際性科學(xué)組織和經(jīng)濟(jì)組織所采用。
本文刊發(fā)在《中國計(jì)量》雜志2013年第三期
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