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特點(diǎn)

  "The metric system is for all people for all time." (Condorcet 1791)以上是用于量度且有刻度的四個(gè)物件。卷尺劃了厘米的刻度，溫度計(jì)劃了攝氏的刻度，砝碼的質(zhì)量為一千克，電表可以用伏特、安培或歐姆的電學(xué)單位進(jìn)行量測

米制自從開始推行后，持續(xù)的在更改及擴(kuò)充其內(nèi)容，不過仍維持了以下基本的特點(diǎn)。

普遍性

米制是為日常大眾、處理量測工作的工程師、需處理極大或極小數(shù)字的天文學(xué)家及物理學(xué)家所設(shè)計(jì)，因此定義了許多范圍很大的詞頭來處理不同范圍的數(shù)字及單位 。

在規(guī)劃米制時(shí)，此單位制被定義成具有普遍性、可以在所有場合使用的單位制。當(dāng)法國政府在18世紀(jì)末考慮要修改其量度系統(tǒng)時(shí)，法國政治家德塔列朗聽從孔多塞的意見，邀請英國議員 約翰·里格斯·米勒 （ 英語 ： John Riggs Miller ） 及當(dāng)時(shí)喬治·華盛頓的國務(wù)卿湯瑪斯·杰佛遜一起到法國，希望可以一同研議一個(gè)國際性的量度系統(tǒng)，并且在各國的立法機(jī)構(gòu)立法實(shí)施。不過這些努力沒有成功，后來一直到1875年后，米制才成為一個(gè)國際性的量度系統(tǒng) 。

為了米制國際化，米制發(fā)展了和語言無關(guān)的單位符號(hào)，如長度的單位符號(hào)km，在法文表示“ kilomètre ”，在英式英文中表示“kilometre”，在美國英文表示“kilometer”，在德文表示“ Kilometer ”，在西班牙文中為“ kilómetro ”，在葡萄牙文中為“ quilómetro ”，在意大利文中為“chilometro”，在希臘文中為“ χιλι?μετρα ”，在俄文中為“ километр ” ，在中文中為“千米”（公里），在日文中為“キロメートル”，在韓文中為“????”……，雖然在不同語文中的拼法不同，但都使用相同的單位符號(hào)。

十進(jìn)倍數(shù)

米制是十進(jìn)制的系統(tǒng)，其中只有一些非國際標(biāo)準(zhǔn)制的時(shí)間單位及平面角度使用六十進(jìn)制。米制所有的倍數(shù)及分?jǐn)?shù)都是十的乘冪，此概念最早是在1586年由荷蘭數(shù)學(xué)家西蒙·斯特芬提出 。

十進(jìn)制的詞頭是米制的特點(diǎn)，而米制中不同單位之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)大都是十的乘冪，因此單位轉(zhuǎn)換只需調(diào)整小數(shù)位數(shù)或是十的乘冪即可。例如光速可表示為 299 792.458 km/s或 2.997 9 24 5 8 × 10 m/s 。

十進(jìn)倍數(shù)的缺點(diǎn)是在進(jìn)行一些除法（例如除以3、4、6及12）時(shí)，結(jié)果可能不會(huì)是整數(shù)。

非國際標(biāo)準(zhǔn)制的單位

公頓（1000千克）、升（已定義為0.001 m ）及公畝（10000 m ）不是國際標(biāo)準(zhǔn)制單位，這些單位在1879年第一屆國際計(jì)量大會(huì)（CGPM）時(shí)定義為米制單位 ，而國際計(jì)量大會(huì)也允許這些單位和國際標(biāo)準(zhǔn)制單位一起使用。

詞頭

米制的單位有一系統(tǒng)以十進(jìn)制為準(zhǔn)的詞頭，當(dāng)單位在實(shí)際使用上太大或太小時(shí)，可以用詞頭調(diào)整單位的大小，調(diào)整方式是將原單位乘或除以10、100或其他10的乘冪。（此概念最早是由法國科學(xué)家 加布里埃爾·莫頓 （ 英語 ： Gabriel Mouton ） 在1670年提出的 。）例如詞頭 kilo （千）可將一單位乘以一千倍，而詞頭 milli （毫）則是一單位的千分之一。

因此千克（ kilogram ）及千米（ kilometre ）分別是一克和一米的一千倍，而毫克（ milligram ）及毫米（ millimetre ）則是一克和一米的千分之一。上述關(guān)系可以用下式表示：

當(dāng)詞頭用在用長度的平方或立方表示的面積或體積單位時(shí)，平方及立方的運(yùn)算不只針對(duì)單位，也同時(shí)針對(duì)詞頭：

詞頭也用在非國際標(biāo)準(zhǔn)制的體積單位，如升或stere（立方米），例如：

在配合時(shí)間單位使用時(shí)，一般不會(huì)用詞頭來表示大于1秒的單位，此情形下多半會(huì)使用其他的單位，例如分、小時(shí)或是日等。

早期大于1的詞頭會(huì)使用由希臘文衍生的的詞頭，而小于1的詞頭會(huì)使用由拉丁文衍生的詞頭。例如常見的 kilo- 及 mega- 都是由希臘文衍生的，而 centi- 及 milli- 是由拉丁文衍生的。不過后來的國際標(biāo)準(zhǔn)制在擴(kuò)充在小于1的詞頭時(shí)已不使用拉丁文衍生的詞頭，例如 nano- 及 micro- 都是由希臘文所衍生。

可復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)單位

最初訂立量度系統(tǒng)的作法是制作各基礎(chǔ)單位的原器，原器復(fù)制后再交到各地區(qū)。但如此一來，新的量度系統(tǒng)就需要以單位原器為基礎(chǔ)。

另一種作法是盡可能的利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備來定義標(biāo)準(zhǔn)單位，任何實(shí)驗(yàn)室只要用適當(dāng)?shù)膬x器就可以得到基礎(chǔ)單位。在原始版本的米制中，基礎(chǔ)單位是由一特定長度（米）及特定體積（ ? 1000 立方米）純水的質(zhì)量所定義。原來曾考慮將米定義為使一個(gè)位在北緯45度海平面的單擺，周期為二秒的單擺擺長。指定緯度及高度的原因是因?yàn)橐?huì)隨緯度及高度有些微的變化，而選擇北緯45度是選取 倫敦(51° 30"N) 、 巴黎(48° 50"N) 及美國平均緯度(38°N)的平均值 。雖然此定義未被使用，不過這是一個(gè)利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備定義標(biāo)準(zhǔn)單位的例子。

可實(shí)現(xiàn)性

米制中的基礎(chǔ)單位需要是可實(shí)現(xiàn)的，理想上最好是根據(jù)自然界的現(xiàn)象來定義，而不是參考特定的單位原器。國際計(jì)量局針對(duì)每一個(gè)基礎(chǔ)單位提出了實(shí)施方法（法語： mise en pratique ），其中至少有一種量測此單位的方法 。

一開始有二個(gè)基礎(chǔ)單位使用單位原器定義，分別是米及千克。單位原器一開始是在1799年制作，后來在1889年用當(dāng)時(shí)新先進(jìn)的技術(shù)重制，以減少量度值隨時(shí)間的變更。

1889年時(shí)科學(xué)界對(duì)于光的特性還不夠了解，而在1960年時(shí)針對(duì)特定光譜下波長的量度已相關(guān)成熟，可以提供比單位原器更準(zhǔn)確，而且可以在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制的結(jié)果。因此米的定義改為以特定光譜下光的波長來定義。在1983年時(shí)由于相對(duì)論的產(chǎn)生，科學(xué)界已接受真空下的光速為一定值，以光速來定義米的方式可重現(xiàn)性又比量測波長要高，因此米的定義又改為以光在一定時(shí)間內(nèi)所走的距離來定義，任何實(shí)驗(yàn)室只要儀器夠好，都可以量測到1米的長度，并定義為實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)單位 。

同樣的，在1968年舉行的第十三屆國際計(jì)量大會(huì)中，秒的定義也由根據(jù)地球的旋轉(zhuǎn)改為根據(jù)原子鐘的量測 。

連貫性

 麥克斯韋致力于定義cgs制的連貫性，及將米制擴(kuò)充到電學(xué)單位

米制的各個(gè)變體都有一些連貫性，一些衍生單位可以直接由基本單位產(chǎn)生，不需要中間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。不過米制不同變體的連貫性也有所不同，例如CGS制有二種能量的單位，爾格是有關(guān)力學(xué)的能量單位，而卡路里則是熱能的單位。而國際單位制中只有一種能量單位－焦耳 。而力、能量及功率的單位也有特別選定，因此以下的方程

不需導(dǎo)入特定的常數(shù)即可成立。許多物理定律，包括愛因斯坦的質(zhì)能等價(jià)公式也不需要為了單位的連貫性而導(dǎo)入許多的常數(shù) 。

在國際單位制中，功率的單位是瓦特，定義為1焦耳/秒，依類似方式可以由基礎(chǔ)單位定義許多衍生單位。

歷史

1586年時(shí)荷蘭數(shù)學(xué)家西蒙·斯特芬發(fā)表了一本名為《De Thiende》（十分之一）的小冊 。在五百年前計(jì)算平方根時(shí)就已使用到十進(jìn)制的小數(shù)，但沒有在日常生活中使用。斯特芬認(rèn)為十進(jìn)制非常的重要，總有一天十進(jìn)制小數(shù)的重量、長度及幣制單位會(huì)在全世界通用。

米制的概念是由英國皇家學(xué)會(huì)的首任主席約翰·威爾金斯在1668年提出 。二年后法國科學(xué)家 加布里埃爾·莫頓 （ 英語 ： Gabriel Mouton ） 提出了一個(gè)以地球周長為基準(zhǔn)的十進(jìn)制量度系統(tǒng)，莫頓定義長度單位milliare為子午線上，角度為一分的弧長，并且提議將上述單位乘以十分之一、百分之一……，所得長度單位依序?yàn)閏enturia、decuria、virga、virgula、decima、centesima及millesima 。他的想法受到了當(dāng)時(shí)人們的注意，在1673年得到讓·皮卡德（Jean Picard）及克里斯蒂安·惠更斯的支持，皇家學(xué)會(huì)也針對(duì)此想法進(jìn)行探討。同年萊布尼茲也獨(dú)立地提出類似莫頓的提議。

在法國大革命前，歐洲的每個(gè)國家有各自的量度單位。其中像西班牙及俄羅斯等國注意到和貿(mào)易伙伴使用相同量度單位所帶來的好處 。不過許多因著量度單位的不一致而獲益，這些人反對(duì)統(tǒng)一量度單位，這種情形在法國格外明顯，而法國國內(nèi)就有許多不一致的量度系統(tǒng) 。在法國大革命初期，國民制憲議會(huì)的領(lǐng)袖決定不要標(biāo)準(zhǔn)化既有的量度系統(tǒng)，改用自然現(xiàn)象的定律產(chǎn)生一個(gè)全新的量度系統(tǒng) 。

一開始法國希望和其他國家一起推動(dòng)共同的量度系統(tǒng)。湯瑪斯·杰佛遜在1790年向美國國會(huì)提出《Plan for Establishing Uniformity in the Coinage, Weights, and Measures of the United States》的議案，計(jì)劃推動(dòng)一個(gè)十進(jìn)制的系統(tǒng)，不過仍沿用舊的單位名稱〈如一英尺由十二英寸改為十英寸〉 ，國會(huì)審議此議案，結(jié)果沒有通過，而其他國家對(duì)此量度系統(tǒng)也不感興趣。

  一個(gè)1800年的木刻畫，說明自1800年11月4日起，新的十進(jìn)制量度單位會(huì)成為法國的法定單位

原始系統(tǒng)

法國在1795年4月7日通過的法案《La loi du 18 Germinal an 3》定義了以下的量度單位

meter（米）為長度單位

are（公畝）為土地的面積單位

stère（立方米，1 m ）為木柴堆疊的體積單位

litre（升，1 dm ）為液體的體積單位

gram（克）為質(zhì)量單位

此單位制延續(xù)了針對(duì)長度、面積及體積使用不同單位的傳統(tǒng)，meter是長度單位、are（100 m ）是面積單位、stère（1 m ）是固體體積單位，而litre是液量單位。早期的米制有包括一些標(biāo)示倍數(shù)的詞頭，從milli（千分之一）到myria（一萬倍），不過這詞頭是以十的乘冪為準(zhǔn)，和后來國際標(biāo)準(zhǔn)制增加的詞頭（以一千的乘冪為準(zhǔn)）不同。

一開始kilogram（千克）稱為grave，gram（克）是千分之一grave的另一種說法。但grave也是伯爵（count）的同義詞，帶有貴族的意涵，因此后來更名為kilogram 。

法國政府在1799年公告使用米制系統(tǒng) ，巴黎最早被要求進(jìn)行量度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，之后才推行到其他的省份。

受到國際采用

拿破侖在1812年推行一個(gè)稱為 mesures usuelles （ 英語 ： mesures usuelles ） 的量度系統(tǒng)，其單位名稱雖和米制不同，但是其單位是用米制的單位定義：例如其質(zhì)量單位livre metrique（米制磅）為500克，而其長度單位（米制?）為2米 ，在法蘭西第一帝國時(shí)，其領(lǐng)土均使用此量度系統(tǒng)。在1815年的維也納會(huì)議后，法國失去了許多法蘭西第一帝國時(shí)所擴(kuò)展的領(lǐng)土，其中教宗國及一些地區(qū)重新使用法國大革命前使用的單位，而另外一些地區(qū)（如巴登）則使用一種修正版的mesures usuelles量度系統(tǒng) ，但法國仍延用mesures usuelles的量度系統(tǒng) 。

1817年荷蘭重新引進(jìn)米制系統(tǒng)，不過使用原來荷蘭使用的單位名稱，例如將1厘米的單位以長度單位duim來表示，而質(zhì)量單位ons表示100克等 。而有些德意志的邦國也采用了類似的系統(tǒng) ，1852年德意志關(guān)稅同盟用zollpfund（為500克）為州內(nèi)商業(yè)使用的單位 ，而1872年新成立的德意志帝國采用了米制為其官方的量度系統(tǒng) 而由皮埃蒙特地區(qū)發(fā)起．最后統(tǒng)一意大利的意大利王國也在1861年采用米制 。

1867年舉行的第二屆巴黎世界博覽會(huì)致力于推行米制系統(tǒng)，到1875年時(shí)歐洲總?cè)丝谥幸延腥种褂妹字?，未使用米制的歐洲主要國家只剩下英國及俄羅斯 。

美國婦女組織聯(lián)盟（The General Federation of Women"s Clubs）為了提倡使用米制，在1927年時(shí)曾向美國國會(huì)提交十萬份請?jiān)笗?，其中超過七百萬的簽名，不過由于美國人已習(xí)慣使用美制單位，因此美國婦女組織聯(lián)盟的努力沒有成功 。

國際標(biāo)準(zhǔn)

1861年時(shí)，英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（BAAS）舉行了一次委員會(huì)，出席的有物理學(xué)家焦耳、麥克斯韋、開爾文男爵等，在會(huì)議中討論使用一個(gè)以厘米、克及秒為基本單位的單位制，后來在1873年時(shí)，此單位制延伸到電學(xué)相關(guān)單位。

 國際計(jì)量局的標(biāo)志

在1875年5月20日十七個(gè)國家簽署了米制公約（ Convention du Mètre ） 。依照此公約，建立了以下的國際組織來推行單一的量度系統(tǒng) ：

1881年時(shí)，第一屆國際電工委員會(huì)通過英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)有關(guān)電學(xué)單位的建議案，后續(xù)針對(duì)相關(guān)單位的定義方式舉行了一連串的會(huì)議 。

變體

以下是一些由米制延伸而來的單位制。

厘米-克-秒（CGS）制

厘米-克-秒制（CGS）是第一個(gè)有連貫性的米制系統(tǒng)，在1860年代由英國科學(xué)家麥克斯韋及開爾文所提出，在1874年 英國科學(xué)促進(jìn)會(huì) （ 英語 ： British Association for the Advancement of Science ） （BAAS）正式推動(dòng)此米制系統(tǒng) 。此米制系統(tǒng)的特點(diǎn)是密度、力及機(jī)械能的單位分別為 g/cm 、達(dá)因（dyne）及爾格（erg），而熱能的單位為卡路里，其定義為將1克的水由溫度15.5 °C變成16.5 °C所需的熱量，該次會(huì)議也提出了二套分別對(duì)應(yīng)靜電學(xué)及電磁學(xué)的米制系統(tǒng)，前者名為靜電單位制（ESU），后者名為電磁單位制（EMU）。

米-千克-秒（MKS）制

厘米-克-秒制在電學(xué)上有二套不同的單位，造成了使用上的不便，在1893年在芝加哥舉行的國際電工代表大會(huì)（International Electrical Congress）使用基于米、千克、秒的定義，重新定義電流單位“國際安培” 。1901年時(shí)，意大利科學(xué)家 喬吉·喬望尼 （ 英語 ： Giovanni Giorgi1 ） 發(fā)現(xiàn)若增加一個(gè)電學(xué)的單位為基礎(chǔ)單位，可以解決電學(xué)單位不一致的問題，例如米-千克-秒-庫侖（MKSC）制或是米-千克-秒-安培（MKSA）制都是這類單位系統(tǒng)的例子 。

國際單位制是現(xiàn)時(shí)國際使用的標(biāo)準(zhǔn)米制系統(tǒng)，也是最廣為使用的單位系統(tǒng)，是由喬吉提出的MKSA制延伸而得，其基礎(chǔ)單位為米、千克、秒、安培、熱力學(xué)溫標(biāo)、坎德拉及摩爾 (單位)。在2011年10月舉行的24屆國際計(jì)量大會(huì)已提議更改四個(gè)基礎(chǔ)單位的定義，即為 新國際單位制定義 （ 英語 ： New SI definitions ） ，不過上述的修改不會(huì)影響一般人對(duì)單位的使用 。

米-公頓-秒（MTS）制

米-公頓-秒制（MTS制）是以米、公頓和秒為基礎(chǔ)單位，力及壓強(qiáng)的單位分別為sthène及 pièze （ 英語 ： pièze ） ，米-公頓-秒制是法國工業(yè)界所發(fā)明，蘇聯(lián)在1933至1955年間主要使用此單位制 。

引力米制

引力米制以千克力（kgf）為力的基礎(chǔ)單位，而質(zhì)量的單位為 hyl （ 英語 ： hyl ） ，這些單位都不在國際單位制（SI制）的單位中。

國際單位制

第九屆國際計(jì)量大會(huì)（CGPM）在1948年召開，由于國際純粹與應(yīng)用化合會(huì)（IUPAC）及法國政府正式提出請求，希望可以設(shè)立一個(gè)實(shí)用的量度系統(tǒng)，因此國際計(jì)量大會(huì)要求國際計(jì)量委員會(huì)（CIPM），提出一套量度系統(tǒng)的建議案，適合所有遵守米制公約的國家 。國際計(jì)量大會(huì)也正式提出一個(gè)有關(guān)書寫及印刷單位符號(hào)及數(shù)字的建議案 。建議案中也列出了MKS制及CGS制單位的建議使用符號(hào)，最重要的是建議案中主要使用MKS制為基本單位，CGS制首次變成導(dǎo)出單位。

國際計(jì)量委員會(huì)在所提出的草案中，廣泛的修訂及簡化米制單位的定義，及以MKS制所使用的符號(hào)及術(shù)語，此草案在1954年送交第十屆的國際計(jì)量大會(huì)。按照1901年Giorgi的提議，國際計(jì)量委員會(huì)也建議以安培為基本單位，其他電磁學(xué)相關(guān)的單位則為其衍生單位。因此歐姆及伏特原來的定義被廢止，改由以米、安培、秒、千克所組成的導(dǎo)出單位。國際計(jì)量委員會(huì)在和國際純粹與應(yīng)用化合會(huì)及其他協(xié)會(huì)討論后，增加了二個(gè)基本單位熱力學(xué)溫標(biāo)（K）及亮度單位坎德拉 。完整的國際單位制系統(tǒng)及其名稱“Système International d"Unités”是在第十一屆國際計(jì)量大會(huì)中通過 。后來有關(guān)基本單位的定義及實(shí)施方式（法語： mise en pratique ） 也一直在進(jìn)行修正。

國際計(jì)量局定期會(huì)針對(duì)國際單位制的正式定義，以及國際計(jì)量大會(huì)及國際計(jì)量委員會(huì)的相關(guān)決議編成印刷品發(fā)行，也會(huì)將內(nèi)容放在網(wǎng)絡(luò)上。最近的一版是第八版的《Le Système International d"Unités - The International System of Units》，于2006年印制 。

國際上的使用

國際上的許多國家都已使用米制系統(tǒng)。依照美國中情局的資料，世界上除緬甸、利比里亞及美國以外的國家都已使用國際單位制為法定量度系統(tǒng) 。不過有其他資料指出中情局的資料已不正確。 。一篇法新社2010年的報(bào)導(dǎo)提出獅子山共和國將推行米制系統(tǒng)，和同為 馬諾河聯(lián)盟 （ 英語 ： Mano River Union ） 的鄰國幾內(nèi)亞及利比里亞使用相同的單位 。緬甸的記者也推測緬甸已計(jì)劃改用米制系統(tǒng) 。美國在1966年時(shí)已由美國國會(huì)授權(quán)使用米制單位， 米制單位常用在科學(xué)、軍事及工業(yè)的領(lǐng)域，不過日常使用仍以美制單位為主 。

英聯(lián)邦的各國家已由英制轉(zhuǎn)換為米制，但各國轉(zhuǎn)換的程度各有不同，有些國家?guī)缀跻迅挠妹字葡到y(tǒng)，英國政府已在1864年宣布改用米制 ，但日常生活仍常常使用英制系統(tǒng) 。

國際上的使用多半已使用米制系統(tǒng)，不過有些特定的領(lǐng)域仍沿用其他的單位系統(tǒng)，例如航空管制方面仍使用英制，而航海仍使用海里及節(jié)等單位。

SI與舊有單位的轉(zhuǎn)換

在發(fā)展過程中，米制系統(tǒng)逐步采用了許多其他的測量單位。這些是在官方SI手冊中列出的。 如下表格中列出以目錄形式給出的單位，并給出了轉(zhuǎn)換系數(shù)以方便應(yīng)用。

國際單位制手冊也列出了一系列廣泛應(yīng)用的非國際單位制單位，這些單位在商業(yè)、法律、專項(xiàng)科學(xué)研究中應(yīng)用。這些單位有：

相關(guān)條目

單位轉(zhuǎn)換

量度史

ISO/IEC 80000，米制及非米制單位的格式手冊，取代ISO 31

米制化 （ 英語 ： Metrication ） ，推行米制成為國際標(biāo)準(zhǔn)量度單位的過程

度量衡學(xué)

二進(jìn)制乘數(shù)詞頭，用在計(jì)算機(jī)科學(xué)中

計(jì)量單位

參考文獻(xiàn)

書籍

Alder, Ken. The Measure of all Things - The Seven-Year-Odyssey that Transformed the World. London: Abacus. 2002. ISBN 0 349 11507 9.

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