對于量綱同學們并不陌生，我們進行跑步等運動時記錄的距離便是一種長度的量綱。除此以外，量綱實際上還有很多更為有趣的事實等待我們來發掘。

例如，所有基于物理原理得到的方程都滿足量綱一緻性，像我們中學所學的牛頓第二定律便是一例，其各個項的量綱是完全一緻的。

另外，經過一定的訓練以後，同學們對一個尚未被深刻認知的現象可以先采用量綱分析進行簡化和思考，方便後續有的放矢地進行研究。本期，筆者跟同學們一起聊一聊與量綱有關的一些基本概念。

首先，我們将量綱分為基本量綱和導出量綱。因為導出量綱是由基本量綱進一步推導而得到，所以我們先重點讨論基本量綱。

日常生活中，同學們常見的基本量綱有4個，分别是時間、長度、質量、溫度。通過這四個基本量綱組合我們便可以得到各種各樣的導出量綱。例如，用長度除以時間便得到了速度的量綱。

在速度的量綱基礎上再除以時間，我們便得到了加速度的量綱。類似地，我們還可以得到壓強、功等物理量的量綱。之所以把後續的速度、加速度、壓強等等的量綱稱之為導出量綱是因為這些量綱都可以由以上4個基本量綱通過組合得到。

基本量綱除了上述4個以外，還有用于衡量發光強度的坎德拉以及同學們中學所學的安培和摩爾等等。

其次，基本量綱的國際單位需要嚴格定義以統一度量。同一個量綱可以對應多個單位，其中最為重要的是該量綱所對應的國際單位。

在我國的古代，古人們用了很多有趣的方法定義時間。

比如清華園位于二校門附近的草坪上有一個日晷，古人便是利用其所顯示的太陽當前所處的位置來定義一天中的時刻。再比如，看武俠電視劇，經常會看到俠客們用一炷香燃盡所需要的時間來進行後續行動的時間衡量。

以1秒鐘的定義為例，部分同學可能感覺可以直接用1天的長度來進行定義。因為1天有24個小時，每個小時有60分鐘，每分鐘又有60秒。

這樣而言，1秒應該是等于一天的86400分之一。但這樣的定義會有一個問題，1天的長度又該如何定義？從天文學角度而言，天這個單位并不是足夠穩定的。上述的定義中的誤差對我們日常生活的影響甚小，但對于很多快速現象的科學研究便不适用了。

随着科技的進步，基本量綱的國際單位需要有一個更為嚴格、穩定不變的定義。

實際上，幾個世紀以來，秒的定義經曆了多種的變化，直到近期的基于原子鐘的定義。例如在1967年召開的第13屆國際度量衡大會上，采用了基于铯133原子的“原子鐘”對秒進行了精确的定義。因為铯133原子在其基态的兩個特定能階之間躍遷時，該原子所輻射出的電磁波周期非常穩定，用其倍數便可以精确地定義秒。

原子鐘形成以後，世界各國也建造了自己的原子鐘并定期進行校對，從而保證各國時間上的高度一緻。以上以秒為例，我們簡要介紹了國際單位制的形成。其他的量綱和單位的定義基本上與秒的發展曆程和原理類似，不再贅述。

最後，為了使用方便，同一物理量各個類型的單位便應運而生。仍以時間為例，對于研究非常快速或者非常緩慢的現象，用秒這個國際單位使用起來非常不方便，因此便定義了很多其他的單位。比如，1微秒等于秒的百萬分之一，1納秒等于秒的十億分之一等等。而對于時間尺度較長的現象，我們可以用1兆秒來衡量，其等于1百萬秒（約等于11.6天）。

值得一提的是，在科技和生産活動中，産生了很多約定俗成的單位，值得同學們注意。例如，壓強的國際通用單位是帕斯卡，常見的其他單位包括用1atm代表一個标準大氣壓，1 bar代表10萬帕斯卡。而在工程上，常用“公斤”來衡量壓強的大小，1公斤壓強定義為每平方厘米上1千克物體所受到的重力所産生的壓強。

類似地，在水力機械行業，通常用揚程、水頭來表征機械的宏觀做功或者發電性能。例如，如果某灌溉泵的揚程是10米，其含義是可以将給定流量下的水從低處抽吸到10米的高處，類似的表述農民朋友們用起來非常直觀、方便。由此可見，單位的選用還要考慮到易于理解和方便使用等等的因素。

綜上所述，物理量的量綱和單位裡面包含着很多學問，深入學習和領會是同學們掌握很多科學技術原理的重要前提和基礎。

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