基本単位(基本単位または基本単位とも呼ばれる)とは、基本量に対して採用される測定単位のことです。基本量とは、慣習的に選択された物理量のサブセットのうちの1つであり、そのサブセット内のどの量も他の量で表すことはできません。SI基本単位(国際単位系)は、メートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、モル、カンデラから構成されます。
単位倍数(または単位の倍数)は、与えられた単位の整数倍です。同様に、単位減数(または単位の減数)は、与えられた単位の減数または単位分数です。 [ 1 ]単位接頭辞は、単位の一般的な10進数または2進数の倍数および減数です。
基本単位は明示的にそのように指定された単位であるのに対し、[ 2 ]組立単位 は異なる単位を持つ量の組み合わせを含む組立量の単位である。 [ 1 ]いくつかのSI組立単位は特別な名前が付けられている。一貫性のある組立単位には変換係数は含まれない。
測定の言語では、物理量とは、時間、距離、速度、質量、温度、エネルギー、重量など、世界の定量化可能な側面であり、単位はそれらの大きさや量を表すために使用されます。これらの量の多くは、さまざまな物理法則によって互いに関連しており、その結果、ある量の単位は一般的に他の単位のべき乗の積として表すことができます。たとえば、運動量は質量と速度の積であり、速度は距離を時間で割ったものです。これらの関係は次元解析で議論されます。このように基本単位で表すことができるものを誘導単位と呼びます。
国際単位系(SI)には、キログラム、メートル、カンデラ、秒、アンペア、ケルビン、モルの7つの基本単位があります。また、多くの派生単位が定義されており、それぞれに特別な名称と記号が付けられています。
2019年に、7つのSI基本単位は7つの定義定数によって再定義されました。そのため、SI基本単位は厳密には必要ではなくなりましたが、歴史的および実用的な理由から保持されています。[ 3 ] SIの2019年改訂を参照してください。
量の基本次元のセットとは、すべての物理量がこのセットで表現できる最小限の単位のセットのことです。従来の基本次元は質量、長さ、時間、電荷、温度ですが、原理的には他の基本量も使用できます。 電荷の代わりに電流を使用したり、長さの代わりに速度を使用したりできます。一部の物理学者は、温度は単に自由度あたりの粒子あたりのエネルギーを表し、エネルギー(または質量、長さ、時間)で表現できるため、基本次元として認識していません。[ 4 ] ダフは、無次元値のみが物理的な意味を持ち、すべての次元単位は人間の構成物であると主張しています。[ 5 ]
物理量間の関係は他にもあり、それらは基本定数を用いて表現できます。基本定数を次元を持つ量として保持するか、単に1または固定された無次元数として定義し、明示的な基本量の数を1つ減らすかは、ある程度恣意的な決定です。存在論的な問題は、これらの基本定数が実際に次元を持つ量として存在するのか、無次元量として存在するのかということです。これは、長さを時間と同じものとして扱うこと、あるいは電荷を質量、長さ、時間の組み合わせとして理解することに相当しますが、温度をエネルギー(質量、長さ、時間で表現可能)と同じ物質を測定するものとして考えるよりも、自然ではないように思えるかもしれません。
例えば、時間と距離は光速cによって関係付けられており、これは基本定数です。この関係を利用して、時間の基本単位または距離の基本単位のいずれかを消去することができます。同様の考察は、エネルギー (質量、長さ、時間で表現できる次元) と周波数 (時間で表現できる次元) の関係を表すプランク定数 h にも当てはまります。理論物理学では、c = 1 および ħ = 1 となるような単位 (自然単位) を使用するのが一般的です。同様の選択は、真空の誘電率ε 0にも適用できます。
物理学の分野によって好ましい選択肢は異なります。自然単位を使用すると、すべての物理量が無次元数として表現されますが、これは互換性のない基本量の存在に異議を唱える物理学者によって指摘されています。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
恣意
性
は、Abraham、Plank、Bridgman、Birge らによって強調されてきた。
しかし、Bridgman が巧みに示したように、次元は任意であるため、基本単位の選択と数は任意である。