国际单位制

国际单位制的缩写为 SI，源自其法语名称 Système international d’unités，是国际公认的用于表示物理量测量结果的单位体系。它为物理学、化学、工程和贸易提供了共同框架。国际单位制包括七个基本单位、由基本单位导出的单位，以及表示十进倍数和分数的词头。自2019年5月20日起，国际单位制以赋予七个定义常数的精确数值为定义基础，不再依赖实物基准。(nist.gov)

历史发展与管理

国际单位制由18世纪末法国引入的公制发展而来。1875年5月20日在巴黎签署的米制公约，为国际合作建立了常设的制度框架。该公约设立了国际计量局（BIPM），并建立了协调计量标准的国际组织体系。国际计量大会（CGPM）于1960年正式采用“国际单位制”这一名称；1971年，摩尔成为第七个基本单位。(bipm.org)

单位的定义逐步从实物和天文参照转向可复现的物理现象。1960年，米的定义从铂铱合金原器改为以氪-86的辐射为依据；1983年，又改为以光的传播为依据。2018年11月16日，国际计量大会批准修订千克、安培、开尔文和摩尔的定义，并于2019年5月20日生效。国际计量局负责出版具有权威性的《国际单位制手册》。(bipm.org)

基本量与基本单位

七个基本量及其对应单位，仍是组织国际单位制各物理量及其量纲的约定基础。虽然现代国际单位制通过常数来定义，但区分基本单位与导出单位仍有实际意义。(bipm.org)

其他国际单位制单位由这些基本单位的幂相乘构成。按照约定，各基本量在量纲上彼此独立，但这并不意味着其单位定义也彼此独立。例如，米的定义用到了秒，而千克的定义则通过普朗克常数的量纲涉及米和秒。(bipm.org)

通过常数定义

国际单位制规定，下列常数以所列单位表示时，具有以下精确数值：

这些数值共同确定了所有国际单位制单位的大小。因此，一摩尔恰好包含6.022 140 76 × 10²³个指定的基本单元。固定常数的数值可以定义单位，但并不能消除实现或测量这些单位时的实验不确定度。(bipm.org)

导出单位与一致性

导出单位用于表示速度、力、压强和能量等物理量。速度的单位是米每秒，即m/s；加速度的单位是m/s²。一些导出单位具有专门名称：牛顿为kg m s⁻²，帕斯卡为kg m⁻¹ s⁻²，焦耳为kg m² s⁻²。这些名称简化了表达式，但并未增加基本单位。(nist.gov)

国际单位制具有一致性：一致导出单位是基本单位的幂的乘积，不含额外的数值因子。因此，当各物理量以一致国际单位制单位表示时，物理方程的形式保持不变。带词头的单位属于国际单位制，但通常不是一致单位。摄氏度是表示摄氏温度时开尔文的专门名称：一摄氏度与一开尔文的大小相等，而两种温标之间相差一个精确的偏移量273.15。(nist.gov)

十进制词头与书写规范

国际单位制词头表示十的幂，包括千（k，10³）、毫（m，10⁻³）、微（µ，10⁻⁶）和纳（n，10⁻⁹）。2022年11月，国际计量大会新增了ronna（R，10²⁷）、quetta（Q，10³⁰）、ronto（r，10⁻²⁷）和quecto（q，10⁻³⁰），使词头总数达到24个。词头符号直接连接在单位符号之前，如km和µs。对于质量，词头应加在克之前，而不是千克之前：应写作mg，而不是µkg。(nist.gov)

单位符号是用正体书写、区分大小写的数学符号，而不是普通缩写。它们不加复数词尾，也不加缩写句点。数值与单位之间通常应留一个空格，包括“25 °C”；平面角的单位符号例外，如“90°”。乘法和除法的写法必须清晰无歧义，例如N m或m/s。(nist.gov)

实际实现与溯源性

计量学是研究测量的科学，它区分单位的定义与单位的实际实现。例如，基布尔天平通过将机械测量和电学测量与数值固定的普朗克常数联系起来，实现质量单位。因此，改进实验方法可以更好地实现同一定义，而不改变单位本身。(nist.gov)

计量溯源性通过一条有文件记录且不间断的校准链，将测量结果与参照标准联系起来，链中的每次校准都会贡献测量不确定度。国家计量机构维护单位的实现及参照标准，为这条校准链提供支撑。定义常数具有精确值，并不意味着仪器也完全精确：校准、环境影响和实验条件的限制，仍会使所报告的结果带有不确定度。(nist.gov)