До конца XVIII в. в Европе имелось множество не согласованных между
собой единиц физических величин. Чем только не измеряли расстояния: и
пядью (расстояние между большим и указательным пальцами), и тремя
ячменными зернами, составляющими дюйм, и локтями, и волосом мула, и
кушаком короля, и туазом - железным стержнем! Существовало до сотни
различных единиц длины - футов и свыше сотни различных единиц веса -
фунтов: в каждой стране -свои футы и фунты. Это мешало развитию торговых
и культурных связей. Возникла потребность в установлении единых мер.
Ученые полагали, что единицы физических величин должны быть взяты
непосредственно из природы. Тогда они станут международными, как единицы
времени, с самого начала одинаковые у большинства народов. В 1790 г. во
Франции был утвержден декрет о реформе мер. За единицу длины был принят
метр - одна десятимиллионная часть четверти Парижского меридиана (т. е.
расстояния от полюса до экватора), за единицу массы - килограмм, масса 1
дм3 воды при 4° С. Эта метрическая система мер была первой системой
связанных между собой единиц. Но она позволяла измерять лишь
ограниченное число величин: длину, площадь, объем и массу. Немецкий
ученый К. Гаусс в 1832 г. предложил создать совокупность взаимосвязанных
единиц, охватывающих более широкий круг измерений. Он показал, что если
выбрать несколько независимых друг от друга единиц, то единицы всех
остальных физических величин можно определить с помощью физических
законов, которые их связывают с ранее выбранными. Например, единицу
скорости можно определить, если в качестве основных задать единицы длины
и времени. Гаусс в качестве основных выбрал единицы длины, массы и
времени - миллиметр, миллиграмм и секунду. Такая совокупность выбранных
основных и образованных с их помощью производных единиц называется
системой единиц.
Идея Гаусса оказалась весьма плодотворной, но выбранные им единицы были
неудобны для практического употребления. Появились другие системы,
названия которых составлялись из первых букв основных единиц: система
СГС - сантиметр, грамм, секунда; система МТС - метр, тонна, секунда;
система МКС - метр, килограмм, секунда; система МКГСС - метр,
килограмм-сила, секунда и т. д.
Наличие большого числа систем единиц создавало неудобства, усложняло
технические расчеты, затрудняло изучение научных дисциплин, мешало
развитию международных научно-технических связей. Поэтому в 1960 г. на
XI Международной генеральной конференции по мерам и весам была
утверждена новая система единиц - СИ (Система Интернациональная) (см.
вклейку). В ней 7 основных единиц: метр (длина), килограмм (масса),
секунда (время), ампер (сила тока), кельвин (температура), моль
(количество вещества) и кандела (сила света). Кроме того, имеются две
дополнительные единицы измерения углов - радиан и стерадиан. Все
остальные единицы - производные, устанавливаются при помощи формул на
основе взаимосвязей между физическими величинами. Важнейшие преимущества
системы СИ перед всеми остальными - ее универсальность,
унифицированность и когерентность, т. е. согласованность основных единиц
величин с производными. Универсальность системы заключается в том, что
она охватывает все виды измерений в любой области науки и позволяет
полностью отказаться от остальных систем и внесистемных единиц.
Унифицированность - в том, что она позволяет использовать одни и те же
единицы для различных видов измерений однородных физических величин
(например, джоуль - единица работы, механической энергии, электрической
энергии, количества теплоты). Когерентность - в возможности получать все
производные единицы из основных делением или умножением без введения
числовых коэффициентов, что упрощает запись уравнений и формул в
различных областях науки и техники.
Наука об измерениях физических величин, методах обеспечения их единства
и точности называется метрологией. Единство измерений обеспечивается
воспроизведением единиц физических величин в виде эталонов.
