大家上学的时候，也许听老师说过这么一句话。物理学里有七个基础单位，其他单位都是这七个基础单位推导的。我以前也没怀疑过，后来在看长度定义的时候看到这么一句话——一米等于光在多少多少秒里在真空中走过的距离。我突然想到，这其实是以秒来定义米啊。

后来我仔细想了一下，觉得七个基本物理单位这事有点不靠谱。我们先看一下七个基本物理单位和定义：

  • 米：光在真空中于1/299792458秒内行进的距离定义为1米。
  • 千克：存放于法国巴黎国际计量局的“国际千克原器”的质量定义为1千克。
  • 秒：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间定义为1秒。
  • 安培：在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线，通以相等的恒定电流，当每米导线上所受作用力为2×10−7N时，各导线上的电流为1安培。
  • 开尔文：水的三相点与绝对零度相差的1/273.16定义为1开尔文。
  • 摩尔：所含基本微粒个数与0.012千克碳-12中所含原子个数相等的一系统物质的量定义为1摩尔。
  • 坎德拉：给定一个频率为 540.0154×1012 Hz 的单色辐射光源（黄绿色可见光）与一个方向，且该辐射源在该方向的辐射强度为 1/683 W/sr，则该辐射源在该方向的发光强度为1坎德拉。

先特别注明一下，上述定义来自wiki国际单位制。下文就有一副图，把我下面要说的东西讲的非常清楚了。如果大家懒得看文字，可以去看图。但是个人觉得，那个图有点问题。

这七个基本物理量有什么问题呢？我们依次来看。

导出量

例如刚刚的米，本质上是用光速和秒来定义的。实际上米就是秒的导出量。

同样的还有安培。如果你仔细分析的话，1N = 1 kg.m/s2。所以定义本质上是用kg，m，s来导出A（更精确的说，这里也没有米什么事）。因此安培实际上是导出单位，而不是基本单位。

还有坎德拉。仔细分析一下定义，Hz实际上是1/s，W是m2.kg.s-3。sr是数学常数，一个全球面等于4π个球面度。

原器

千克的定义是，存放于法国巴黎国际计量局的“国际千克原器”的质量定义为1千克。

这个定义明显的过时了，人类在米上早就摆脱了原器制。随着测量能力的飞速上涨，千克居然还使用原器定义，这不能不说是和时代不符。更糟糕的是，如上面所说，安培和坎德拉也是千克的导出量，他们又构成了SI的整个世界。所以如果千克原器略略波动，全世界的仪器都要重新校正，不限于测重仪器。而且两个大学，校正时间不一样，对同一个实验的结果可能相差很远。这又干扰到了进一步的研究。

新国际单位制

由于上面的种种限制，因此新国际单位制被提出来。单位不再使用某人的手脚这种不靠谱的方法来定义，而是更多的采用自然现象（而且是无条件的自然现象，例如原子跃迁周期）和人为定义的常数来确定。使用这种方法来定义的单位，不需要原器，不随着时间和环境变化，能够多次产生，可以更好的反映事物的本质。

例如电流。国际计量委员会的新定义，使用电量来定义安培。因为一安培的电流，一秒流过的电量是一库仑。而一库仑的电荷数是确定的，即6.2415093×10^18个。因此，新的定义采用基本电荷和秒来定义电流，这就将安培和标准电荷这种根本性的东西挂钩起来。

新国际单位制下的基础单位

原本的七个单位里，刚刚已经说明了三个实际上是导出单位。因此我们还剩下四个单位：秒，千克，摩尔，开尔文。我们先说摩尔和千克。

摩尔实际上是阿伏伽德罗常数的倒数。对于给定的原子，阿伏伽德罗常数越大，摩尔数越小。如果改变摩尔的定义，一摩尔为一个原子，那么Na就会变成1。当然，由于未来的定义要同今日的定义相协调，因此新的定义可能会将Na定义为常数，从而固定mol为一个特定量。

而千克和摩尔的关系非常紧密。摩尔今日的定义实际上是从千克和C-12原子质量来推导Na（所以现在也是导出量，而且阿伏伽德罗常数目前会受到国际千克原器质量变动的影响）。将来mol被定义为基本量之后，kg看起来是从mol反推，即1mol的C-12重量为0.012kg（标准定义应该是XX mol的重量为1 kg，这里为了让大家看清，特意没调整）。当然，实践中采用的是硅原子球。

千克的另一个定义是从普朗克常数h推导。原谅我无法解说原理，因为我看了半天没看懂。基本理念是通过天平精密平衡质量受到的引力和电磁力，从而测量普朗克常数。电磁力的基本量纲中，米和秒都有定义。在千克固定在特定值的时候，测量得到的普朗克常数值和预订相符。此时质量即为1kg。

我之所以不理解是因为，从kg计算引力需要用到万有引力常数，这个常数是几大重要常数里最不精确的一个。拿这么不精确的常数来测量kg真的不要紧么？

然后我们再说开尔文。开尔文目前的定义是依据自然现象来确定的，新版想要修改为更加反应热能本质。具体来说，就是固定波尔兹曼常数成为定值（1.38064852×10^-23 JK-1）。由于波尔兹曼常数实际上联系着能量和温度，当波尔兹曼常数为定值后，给定能量即可给出温度。而能量J是SI的导出单位，等于m2.kg.s-2。因此K就成为了m.kg.s的导出单位。这一修改使得K和其他物理量之间的紧密联系更加清楚的暴露。

和其他单位相比，秒比较特殊。其他单位，要么是人为确定的值，和物理现象没有任何联系，例如mol。要么是通过固定的自然量从其他值中推导。例如m依据光速从s推导，kg依据原子质量从mol推导，A依据基本电荷从s推导。秒是依据特定的物理现象来测量，既不是人为定义，也不从其他物理量推导。

基础物理量和由其导出的整个世界

综合上面的信息，在我看来，基础的物理量有以下两个：

  1. 秒：基本物理量，由原子跃迁时间确定。
  2. 摩尔：人为认定数值，阿伏伽德罗常数个原子即一摩尔。

基本的导出物理量有这么三个：

  1. 米：基本物理量，通过光速，由秒导出。
  2. 公斤：基本物理量，通过由原子重量，由摩尔导出。
  3. 安培：基本物理量，通过基本电荷，由秒导出。

再导出的单位有这么两个：

  1. 开尔文：人为认定数值，通过波尔兹曼常数，由m.kg.s导出。
  2. 坎德拉：人为认定数值，由m.kg.s导出。（这里似乎缺一个常数）

总结以上数据，又能得到以下关键物理学常数：

  1. 原子跃迁时间。
  2. 阿伏伽德罗常数。
  3. 光速。
  4. 原子重量。
  5. 基本电荷。
  6. 波尔兹曼常数。