기준단위(측정)
Base unit (measurement) |
기준 단위(기본 단위라고도 함)는 기준 수량을 측정하기 위해 채택된 단위다. 기본 수량은 일반적으로 선택된 물리적 수량의 하위 집합 중 하나이며, 하위 집합의 수량은 다른 수량의 관점에서 표현할 수 없다. 미터, 킬로그램, 두 번째, 암페어, 켈빈, 몰, 칸델라로 구성된 SI 단위 또는 Systeme International d'unites는 기본 단위다.
기준 단위는 명시적으로 지정된 단위로서, 동일한 수량의 2차 단위는 파생 단위다. 예를 들어 국제 단위 체계와 함께 사용할 경우 그램은 기본 단위가 아니라 파생 단위다.
측정 언어에서 수량은 시간, 거리, 속도, 질량, 온도, 에너지, 무게 등 세계의 계량 가능한 측면이며, 그 규모나 양을 설명하는 단위를 사용한다. 이러한 수량의 상당수는 다양한 물리적 법칙에 의해 서로 관련되며, 그 결과 수량의 단위는 일반적으로 다른 단위의 힘의 산물로 표현될 수 있다. 예를 들어, 운동량은 속도에 곱한 반면 속도는 시간에 따라 거리를 두고 측정된다. 이러한 관계는 치수 분석에서 논의된다. 이런 식으로 베이스 단위를 표현할 수 있는 것을 파생 단위라고 한다.
국제 단위 체계
국제 단위계에는 킬로그램, 미터, 칸델라, 두 번째, 암페어, 켈빈, 두더지 등 7개의 기본 단위가 있다.
자연단위
물리적 수량의 기본 치수 집합은 모든 물리적 수량이 이 집합의 관점에서 표현될 수 있는 최소 단위 집합이다. 물리량의 전통적인 기본 치수는 질량, 길이, 시간, 전하 및 온도지만, 원칙적으로 다른 기본 수량을 사용할 수 있다. 충전 대신 전류를 사용하거나 길이 대신 속도를 사용할 수 있다. 일부 물리학자들은 단순히 에너지(또는 질량, 길이, 시간) 단위로 표현할 수 있는 자유도 당 입자당 에너지를 표현하기 때문에 온도를 물리적 양의 근본적인 차원으로 인식하지 못했다. 또한, 일부 물리학자들은 정전기 cgs 시스템과 같은 단위 시스템에서 질량, 길이, 시간 등의 관점에서 표현되었더라도 전하를 물리량의 별도의 기본적인 차원으로 인식한다. 또한 양립할 수 없는 근본적인 양의 존재에 의문을 제기하는 물리학자도 있다.[1]
물리적인 양 사이에는 기본적인 상수를 이용하여 표현할 수 있는 다른 관계가 있으며, 어느 정도까지는 치수가 있는 양으로서 기본 상수를 유지할 것인지 아니면 단순히 통일성이나 고정된 치수 없는 숫자로 정의할 것인지, 그리고 명시적인 근본 단서의 수를 줄일 것인지에 대한 자의적인 결정이다.한 사람 한 사람 한 사람씩의 말 존재론적 문제는 이러한 기본 상수가 실제로 치수 또는 치수 없는 양으로 존재하는가 하는 것이다. 이는 길이를 시간과 동일한 감응 가능한 물리적 물질로 취급하거나, 온도를 에너지와 동일한 물질(질량, 길이, 시간)을 측정하는 것으로 생각하는 것보다 덜 자연스러워 보일 수 있는 질량, 길이, 시간의 조합으로 전하를 이해하는 것과 동등하다.
예를 들어 시간과 거리는 빛의 속도 c에 의해 서로 관련되는데, 이것은 기본 상수다. 이 관계를 이용하여 시간의 단위나 거리의 단위 중 하나를 없앨 수 있다. 에너지(질량, 길이 및 시간 측면에서 표현 가능한 치수)와 주파수(시간 측면에서 표현 가능한 치수)를 연관시키는 플랑크 상수 h에도 유사한 고려사항이 적용된다. 이론물리학에서는 c = 1과 ħ = 1. 진공 허용도 ε에0 유사한 선택권을 적용할 수 있는 그러한 단위(자연 단위)를 사용하는 것이 관례다.
- 하나는 c를 통일(또는 다른 고정된 차원 없는 숫자로 설정)하여 미터 또는 두 번째 미터 중 하나를 제거할 수 있다.
- 그런 다음 ħ을 치수가 없는 숫자로 설정하여 ㎏을 없앨 수 있다.
- 그런 다음 진공 허용률 ε0(대안으로는 쿨롱 상수e k = 1/(4π0)) 또는 기본 전하 e를 무차원 숫자로 설정하여 암페어를 더욱 제거할 수 있다.
- 아보가드로 상수 N을A 1로 설정하면 염기단위로 몰을 제거할 수 있다. 기술적 스케일링 상수인 만큼 자연스러운 현상이다.
- 온도는 에너지(또는 질량, 길이, 시간)의 관점에서 표현될 수 있는 자유도당 입자당 에너지를 단순히 표현한다고 주장할 수 있기 때문에 켈빈을 제거할 수 있다. 볼츠만의 상수 k는B 기술적 스케일링 상수로서 고정된 치수 없는 숫자로 설정될 수 있다는 점도 이를 말해주는 방법이다.
- 마찬가지로, 기술적 스케일링 상수인cd K를 통해 다른 물리적 양 측면에서 정의되는 칸델라를 제거할 수 있다.
- 이는 하나의 기본 치수와 관련 기본 단위를 남기지만, 이를 제거하기 위해 몇 가지 기본 상수가 남아 있다. 예를 들어 G, 중력 상수, m, 전자e 휴식 질량 또는 우주 상수인 ,을 사용할 수 있다.
특히 이론물리학에 대해 널리 사용되는 선택은 플랑크 단위의 시스템에 의해 주어지는데, 플랑크 단위는 ħ = c = G = kB = ke = 1을 설정하여 정의된다.
자연단위를 사용하면 모든 물리적 양이 무차원적인 숫자로 표현되며, 물리학자들은 양립할 수 없는 근본적인 물리적 양의 존재를 논쟁하고 있다.[1][2][3]
참고 항목
참조
- ^ a b Michael Duff (2015). "How fundamental are fundamental constants?". Contemporary Physics. 56 (1): 35–47. arXiv:1412.2040. Bibcode:2015ConPh..56...35D. doi:10.1080/00107514.2014.980093 (inactive 31 October 2021).CS1 maint: 2021년 10월 현재 DOI 비활성화(링크)
- ^ Jackson, John David (1998). "Appendix on Units and Dimensions" (PDF). Classical Electrodynamics. John Wiley and Sons. p. 775. Archived from the original (PDF) on 13 January 2014. Retrieved 13 January 2014.
The arbitrariness in the number of fundamental units and in the dimensions of any physical quantity in terms of those units has been emphasized by Abraham, Plank, Bridgman, Birge, and others.
- ^ Birge, Raymond T. (1935). "On the establishment of fundamental and derived units, with special reference to electric units. Part I." (PDF). American Journal of Physics. 3 (3): 102–109. Bibcode:1935AmJPh...3..102B. doi:10.1119/1.1992945. Archived from the original (PDF) on 23 September 2015. Retrieved 13 January 2014.
Because, however, of the arbitrary character of dimensions, as presented so ably by Bridgman, the choice and number of fundamental units are arbitrary.
