国际单位制

歷史

公制最早在1790年代法國大革命期間採用，當時只有長度和質量的原器，分別作公尺和公斤的定義標準。1830年代，卡爾·弗里德里希·高斯為一套建立在長度、質量和時間上的「一致單位制」打下了根基。1860年代，在英國科學促進協會（英語：British Association for the Advancement of Science）的主持下，一組科學家制訂了一套包含基本單位和導出單位的一致系統。但當時人們同時使用著多個與電有關的單位，因此阻礙了將電單位納入這套單位制之中。直到1900年，喬瓦尼·吉奧爾吉才提倡在原來的三個基本單位之外再加一個電單位。
1875年，法國根據《公尺制公約》把維護公斤和公尺定義原器的責任轉交給國際組織。1921年，公約適用範圍擴大至所有物理量，包括最早於1893年定義的各種電單位。
1948年，學者們開始將公制重新制訂為一套「實用單位制」，經過逾十年的發展後，終於在1960年公布「國際單位制」。1954年第10屆國際度量衡大會把電流、溫度及發光強度定為基本物理量，使基本物理量增加至六個。相對應的基本單位有公尺、公斤、秒、安培、克耳文和燭光。1971年，國際單位制再添一個基本物理量──以莫耳來表示物質的量。

早期發展

1791年，法國科學院的一個委員會受國民議會和路易十六的委派，開始建立一套統一的、基於理性的度量衡系統，這將成為公制。成員包括「現代化學之父」安東萬-羅倫·德·拉瓦節及數學家皮耶爾-西蒙·拉普拉斯和阿德里安-馬里·勒壤得。 Public response included resistance, apathy, and sometimes ridicule.委員會在設計長度、體積和質量的相互關係時所遵從的原則，和1668年英國神職人員約翰·威爾金斯在《論正真的文字和哲學語言》（英語：An Essay towards a Real Character and a Philosophical Language）中所提倡的一致。他們也根據最早於1670年由法國神職人員加布里埃爾·穆東提出的方法，利用地球的子午線作為長度的定義基礎。1791年3月30日，國民議會採納了委員會的新度量衡系統，並批准在敦刻爾克和巴塞羅那之間進行勘察，以確立子午線的長度。1792年7月11日，委員會提出將長度、面積、容積和質量的單位名稱分別定為metre（公尺）、are（公畝）、litre（公升）和grave（公斤的舊名），而這些單位的倍數和分數則用以十進制為基礎的詞頭來表示，如centi表示一百分之一，kilo表示一千倍等等。
1795年4月7日法律（芽月18日法）訂下了gramme（克）和kilogramme（公斤），分別取代先前的gravet（準確來說是milligrave）和grave。在皮埃爾·梅尚和讓-巴蒂斯特·德朗布爾的子午線勘察結束後，公尺和公斤的標準原器於1799年6月22日正式交由法國國家檔案館（法語：Archives Nationales）保管。同年12月10日，即拿破崙的霧月政變之後的一個月，霜月19日法正式通過，法國將全面採用公制。
19世紀上半葉，不同基本單位有不同的常用倍數詞頭：法國和德國部分地區常用myriametre（1萬公尺）量度距離，但在量度質量時卻用kilogramme（1公斤），而非myriagramme（1萬克）。
1832年，德國數學家卡爾·弗里德里希·高斯在威廉·韋伯的協助下，得出了地球磁場的強度，並以毫公尺、克和秒所組成的單位寫出。秒因此從實際上成為了一個基本單位。此前，科學家只是以相對值來比較各地的地磁場強度，但高斯把磁鐵在磁力底下的扭矩與物體在重力底下的扭矩視為等同，所以能夠為磁場強度設下一個建立在質量、長度和時間上量綱。
1860年代，詹姆斯·克拉克·馬克士威及威廉·湯姆森（克耳文男爵）等科學家在英國科學促進協會的主持下，在高斯的基礎上做了進一步的規範，建立起一套由基本單位和導出單位所組成的一致單位制。利用一致性原則，他們成功定義了一組公分-克-秒制單位，包括：爾格表達能量、達因表達力、微巴表達壓力、泊表達剪切黏度、斯托克斯表達運動黏度等等。

發展成國際單位制

人們在19世紀末時同時使用著三個不同的電單位制，分別為：CGS靜電單位制，又稱高斯單位制，簡稱ESU；CGS電機械單位，簡稱EMU；以及用於配電系統的公尺-公斤-秒制（國際單位制）。在試圖根據因次分析用長度、質量及時間表達電單位時，科學家遇到了諸多困難──在使用ESU或EMU時，物理量會具有不同的因次。1900年，喬瓦尼·吉奧爾吉發表了一篇論文，提倡在當時的三個基本單位以外，再加一個基本單位，電單位不一致的問題迎刃而解。這第四個單位可以是電流、電壓和電阻中的其中一個。
19世紀後期至20世紀初期，人們採用了一系列不一致的單位制，在質量上有的用克，有的用公斤；在長度上有的用公分，有的用公尺。例如有：表達功率的「Pferdestärke」（公制馬力）、表達滲透性的達西及表達氣壓和血壓的毫公尺汞柱。這些廣泛使用的單位之中，有的用到了標準重力。
到了第二次世界大戰尾聲，全球各地仍然使用著各種不同的單位制，有的是公制的另類版本，有的則是基於所謂的「習慣單位」，如美制單位。1948年，在國際純粹與應用物理學聯合會及法國政府代表的參與下，第9屆國際度量衡大會委派國際度量衡委員會對科學界、技術界和教育界的計量需求進行一項調查，並為一種單一整合、能供遵守《公尺制公約》的世界各國使用的單位制提出建議。
根據此項調查的結論，1954年第10屆國際度量衡大會決定，這個國際性的單位制應以六個基本單位為基礎，能夠用於測量溫度、可見光輻射、機械及電磁物理量。建議中的六個基本單位分別為：公尺、公斤、秒、安培、克耳文和燭光。1960年第11屆國際度量衡大會正式將這一單位制命名為「國際單位制」（法語：Le Système International d'Unités），簡稱SI。國際度量衡局也曾把國際單位制稱為「現代公制」。1971年第14屆國際度量衡大會將莫耳納入為第七個基本單位。

國際物理量系統

國際物理量系統（英語：International System of Quantities）是以以下七個基本物理量為基礎的系統：長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量和發光強度。其他物理量，如面積、壓力及電阻，都可以根據明確、不相互矛盾的公式從這些基本物理量推導得出。國際物理量系統所定義的，是國際單位制單位所量度的物理量。ISO/IEC 80000國際標準對國際物理量系統做了定義，定義於2009年經ISO 80000-1進一步完善。

國際單位制手冊

國際度量衡大會定期頒布一份手冊，闡述國際單位制的定義。其官方版本為法語，與《公尺制公約》相符。因此，世界各國在對名詞進行不同語言的翻譯時，有一定的自由度，如美國國家標準技術研究所所發布的針對美式英語的國際度量衡大會文件本地版本（NIST SP 330）。
《手冊》是由國際度量衡委員會屬下的單位顧問委員會所編寫。單位顧問委員會的主席由國際度量衡委員會提名，但成員來自於國際度量衡大會及委員會以外的國際組織。
《國際單位制手冊》所用的「物理量」、「單位」、「因次」等名詞，都出自由計量學聯合導則委員會（JCGM）出版的《國際計量詞彙》。該委員會是一個由八個國際標準組織組成的工作小組，由國際度量衡局局長擔任會長。用於定義國際單位制的物理量和公式，統稱為「國際物理量系統」，列於ISO/IEC 80000物理量與單位國際標準。

單位與詞頭

國際單位制的組成部分為：一組基本單位、一組有特殊名稱的導出單位以及一組十進制倍數詞頭。根據《國際單位制手冊》，「SI單位」囊括以上三個部分，而「一致SI單位」則只包含基本和導出單位。

單位符號及數值的書寫格式

1879年，國際度量衡委員會公布了有關書寫長度、面積、體積和質量之符號的建議書。物理學家曾經以μ表示微米、λ表示微升、γ表示微克，但自從1900年前後，他們開始分別改用μm、μL和μg。1935年，距《公尺制公約》修訂已有十多年，國際度量衡委員會終於正式採用這項提案，建議在所有單位前加上μ來代表10⁻⁶的倍數。
1948年，第9屆國際度量衡大會通過了首份有關公尺制符號書寫格式的建議書，為今天使用的規則奠定了基礎。這些規則之後又經過國際標準化組織（ISO）及國際電工委員會（IEC）的增訂，現已囊括單位符號和名稱、詞頭符號和名稱、物理量符號的書寫方式以及物理量數值的表達方式。ISO和IEC所發布的有關SI符號表達方式的規則，都與《國際單位制手冊》中的規則一致。截至2013年8月，ISO和IEC正在將各自有關物理量及單位的標準整合成單一套標準，最終將成為ISO/IEC 80000標準。有關印刷物理量及單位的標準收錄在ISO 80000-1:2009中。

歐洲語言

在一些歐洲語言中，國際單位制單位名稱可視為普通名詞：如在英文和法文中，單位名稱都以小寫字母開頭（牛頓「newton」、赫茲「hertz」、帕斯卡「pascal」等等），儘管相應的單位符號可能以大寫字母開頭。由於德文中的普通名詞均以大寫字母開頭，因此單位名稱也不例外。單位名稱的拼寫則由各語言的官方組織決定（法文有法蘭西學術院，德文有德語正寫法協會等等）。國際單位制單位在英式和美式英文中的拼寫並不相同：英式英文（亦包括澳洲、加拿大、紐西蘭等）使用「deca-」（10倍數詞頭）、「metre」（公尺）和「litre」（升），美式英文則分別用「deka-」、「meter」和「liter」。
同樣，在形成單位名稱的眾數時，也須遵守該語言自身的語法。以英文為例，亨利「henry」會變成「henries」。不過，勒克斯「lux」、赫茲「hertz」和西門子「siemens」都有不規則眾數──它們在單數和眾數下都有相同的拼法。波蘭文的眾數規則更為複雜：以公尺、公斤、秒為例，當數量為1時寫「metr」、「kilogram」、「sekunda」，數量個位數為2、3、4且十位數不是1時寫「metry」、「kilogramy」、「sekundy」，數量為其他整數（包括0）時寫「metrów」、「kilogramów」、「sekund」，數量為非整數（如0.67、2.45等）時寫「metra」、「kilograma」、「sekundy」。
在英文中，若須表達單位之間相乘，可用連字號或空格（牛頓公尺寫作「newton-metre」或「newton metre」），並通過改變最後者來形成整個複合單位的眾數（10 newton-metres）。數字與單位符號之間建議加入一個空格（一個25公斤的球體「a 25 kg sphere」）。把單位名稱用作形容詞時，同樣根據英文語法加入一個連字號（一個25公斤的球體「a 25-kilogram sphere」）。

中文

中文中的國際單位制單位名稱及詞頭都以漢字書寫，而單位符號則用國際通用的拉丁或希臘字母書寫。在兩岸三地中，中華民國（台灣）、中華人民共和國（香港及澳門除外）和香港的法律管轄範圍內，國際單位制單位及詞頭的譯名分別由《法定度量衡單位及其所用之倍數、分數之名稱、定義及代號》、《中華人民共和國法定計量單位》及《度量衡條例》所規定。在基本單位中，兩岸名稱相同的有米（又稱公尺）、千克（又稱公斤）、秒和安培，在台灣/大陸譯名不同的則有克耳文/开尔文、莫耳/摩尔和燭光/坎德拉；在倍數詞頭中，兩岸相同的有微、毫、厘、分、十、百、千，不同的則有奈/纳诺、百萬/兆、兆/太拉等等，其中「兆」一字在台灣和大陸分別表示10¹²和10⁶。在中國大陸，多於一個漢字的單位名稱或詞頭亦可簡寫成單個漢字，如纳诺寫作纳、坎德拉寫作坎等。
19世紀中國在引進度量衡單位時，沿襲日文，創造出一系列多音節漢字（計量用漢字），如「瓩」（讀千瓦）、「糎」（讀厘米）、「嗧」（讀加侖）等等。這些漢字今已被淘汰，改用單音節漢字。

日文

日本在明治時期期間創造了一系列國字（日製漢字）來表示公制單位。三個基本單位取原有漢字：公尺、升、瓦（即克），再結合六個詞頭漢字：千、百、十、分、厘、毛，從而組成共18個新的獨立漢字，如七個長度單位：粁、粨、籵、公尺、粉、糎和粍。這些漢字都是借字，其讀音取自英文，如「粁」取「kilometre」之音，讀「キロメートル」。不過這些漢字在日本已被淘汰，改用直接表音的片假名，如「キロメートル」。單位及詞頭符號則用拉丁或希臘字母書寫，如「km」。今天仍在通用的漢字單位名稱有「平公尺」（即平方公尺）等。