《萬物的尺度》這本新書用照片和圖畫，讓抽象的物理單位帶來具體的感受，讓數理化更加親切。單位是如何定義和命名的，節、馬赫、加侖、桶、磅這些單位有什麼意義？

本文將全面詳細的總結關於“單位”的知識內容，這些內容適合所有人學習，尤其是對數理化知識感興趣或者有需要的朋友。全文9200字，建議耐心查閱。

1，長度的基本單位 米（m）

一米有多長，我們可能都有一個大致的感覺，但是極少數人知道“一米”這個長度是如何確定的，換句話說，米的來源是什麼？

在過去，人們把從地球赤道到北極點的距離的1000萬分之1定為1 m，並且根據這個長度制作出瞭“米原器”（當然這也是19世紀末的事情瞭）。

“米原器”全長102 cm，兩端的兩條刻度之間的距離是1 m。由於金屬棒會因為溫度的變化而產生極其輕微的伸長或縮短，因此在1983年，米的長度被重新定義為“光在真空中，在1/299792458秒的時間間隔內運行距離的長度”。

很多看似簡單的事物，背後也會有極其深刻的科學道理。也正因為如此，科學才值得我們一如既往地努力探索，未知的領域實在太多瞭。

另外，國際單位制的基本單位有7個，每一個基本單位都是根據自然現象的永恒的規律來定義的。

2，長度的單位 碼（yd）

碼（yd）是在高爾夫球等運動中會使用的單位。高爾夫球世界紀錄中曾有一桿打出515 yd的距離（2014年被載入吉尼斯世界紀錄）。這個距離換算成米的話，約有470 m！

準確來說，1 yd=0.9144 m。橄欖球球場上，每隔1 yd會畫一條白色的短線。

除瞭電視屏幕，還有汽車和自行車的輪胎大小也是以英寸為單位來計量的。

現在隻有美國和其他一部分地區使用以“碼”和“磅”為基本單位的英制單位。

3，長度的單位 海裡（n mile）

海裡（n mile）是海上常用的長度單位。它等於地球上緯度1分（每1緯度細分為60分，地球一圓周為360度）所對應的弧長。

1海裡=1852 m，全長3911 m的明石海峽大橋是目前世界上最長的吊橋。

4，長度的單位 光年（l.y.）

1光年等於光在真空中一年內走過的距離，是長度單位，而不是時間單位。

光年是測量宇宙中星際距離的常用單位。換算成千米的話，約為94605億千米，是很難想象的長度。

在計算天體之間的距離時，還有一種常用的單位叫作天文單位(簡寫為AU)，1天文單位就是地球到太陽的平均距離。1天文單位約等於1億4960萬km，是光傳播8分19秒的距離。測量太陽系中天體之間的距離時一般不用光年，而多使用天文單位。

5，面積的單位 英畝(arce)

英畝是英制單位中用來表示面積大小的一種單位。1英畝等於4046.86㎡。

英制單位用英畝表示土地面積，用平方英裡表示街道和島嶼的面積。1英裡等於1760碼(約1.6 千米)。在計量人口密度時，歐美國傢常用“每平方英裡的人口數”來表示。

6，體積和容積的單位 加侖（gal）

加侖（gal）是英、美計量體積或容積的單位。根據國傢和用途的不同，量值會有所不同。在英國，1 UK gal的液體體積約為4.5 L，在美國1 US gal的液體體積約為3.8 L。

1/4加侖是1誇脫（qt），1/2誇脫是1品脫（pt）。美國的1/20品脫與英國的1/16品脫都等於1液量盎司（fl oz）。由於英國和美國加侖的量值不同，而誇脫、品脫和液量盎司都是以加侖為基準的，因此液量盎司的量值也不同。

7，體積和容積的單位 桶（bbl/bl）

桶（bbl/bl） 是美制體積或容量單位的一種，原意是大的木桶。由於美國在過去使用木桶來裝運原油，因此“桶”作為一個單位被保留下來。但是，根據國傢和用途的不同，“桶”的量值也不同。1 bbl=42 US gal（約159 L）

如果是用於計量石油的多少，國際規定1 bbl為42 US gal(美國液量加侖)。用於計量石油之外的東西時，在美國，還會使用一般液量桶(1 bl約為119 L）和標準幹量桶（1 bl約為116 L)；而在英國，1 bl約為 164 L。

8，質量的單位 千克（kg）

千克（kg）是用來表示質量（重量）的基本單位。1 kg約等於1 L溫度為3.98℃的水的質量。

國際千克原器是用含鉑90%、銥10%的合金制成的砝碼，為瞭防止氣壓和溫度對精密度造成影響，千克原器被放置在多層容器中保管。

1889年，千克原器的質量被規定為1kg。但是，近幾年，它的質量發生瞭輕微的改變。2018年第26屆國際計量大會投票通過，正式讓國際千克原器退役，改以普朗克常數作為新標準來重新定義“千克”。

9，質量的單位 磅（lb）

在古代的美索不達米亞地區，人們用“磅”來表示人一天消耗的糧食的質量。在古羅馬，1磅重稱為libra pondo，libra意思是“天秤”，磅的符號lb就取自這個詞。

英國的貨幣單位“鎊”起源於英制質量單位磅（lb）。因為在過去的英國，把1磅銀記為1鎊，當作一種貨幣單位來使用。現在的1磅約等於0.45 kg。

表示1磅的1/16的質量單位叫盎司(oz)。拳擊手套的規格有10 oz、12 oz、16 oz等。選手的體重有時也會用磅來表示。

10，時間的單位 秒（s)

秒（s)是時間單位。在過去，人們根據地球自轉一圈（一天）的時長，把1 s定為1天時間的8萬6幹4百分之1。但是地球自轉速度在不停地變慢，每轉一周的時長（每天）都會延長約1000萬分之1秒，因此地球自轉周期不適合作為時間的基準。

1967年人們用銫原子的振動頻率重新定義瞭1 s的時間長度。很多單位都會隨著科學發展而不斷得到重新定義。

這裡多科普一點，我們在中學物理課上會學到——把球沿著與地面平行的方向扔出去，球會在空中畫一道弧線後落到地面。球的速度越快，會被拋得越遠。當速度達到7.9 km/s的時候，它就不會落到地面上，而是會一直保持與地面平行，圍繞地球旋轉。

這就是人造衛星能圍繞地球運轉的原理。離地面越高，圍繞地球運轉所需要的速度就越低。

11，速度的單位 節（kn）

節（kn）是用來表示船或飛行器速度的單位。每小時航行1海裡（1852 m）的速度叫作1節，約合1 s行進0.5 m。

節的英文是knot，有“打結”的意思。過去水手們將長繩以相等間距打節，繩端系一個阻擋板，再在船尾隨水流放下，通過計算一定時間內被拉長的繩子上繩結的個數來計算船速。因此，節成瞭表示船的航行速度的單位。

1 kn是每小時運行緯度1分的速度，60 kn是每小時運行緯度1度的速度。

在國際上，常用“節”來表示風速。風速30米/秒(m/s)，用“節”來表示的話，約為60 kn。而在中國，除瞭米/秒，天氣預報中還常用風級來表示風速。

12，速度的單位 馬赫（Ma）

馬赫（Ma）是表示速度的單位。1 Ma即1倍聲速，約340 m/s。因此馬赫是用聲速的幾倍來表示運行速度。

當飛機在海面等濕度和氣壓較高的上空以接近聲速的速度行駛時，機體周圍會形成圓錐般的雲霧，人們把這種雲霧叫作“蒸汽錐”。這種現象多發生在飛機超聲速飛行時，但在飛行速度未達到聲速時也有可能發生。

人們熟知的約340 m/s的聲速指的是溫度為15℃、氣壓為1個標準大氣壓（地表附近）的空氣中聲音的傳播速度。氣溫越高，聲速越快，反之亦然。離地面越遠，氣溫越低，聲速也越慢。

在離地面10000 m的空氣中，聲速約為300 m/s。因此同一馬赫數在地面和高空所指的實際速度是不同的。

聲音在水中的傳播速度約為1500 m/s，比在空氣中要快很多。它在固體中的傳播速度則更快。但是馬赫隻表示聲音在空氣中傳播的速度，不適用於水中和固體中。

13，發光強度的單位 坎德拉（cd）

坎德拉（cd）是發光強度的單位。1 cd大約是1支蠟燭的發光強度或傢用的夜燈發光強度的一半。

在中國，汽車如果有兩隻前照燈，則每隻燈的發光強度要在18000 cd以上（遠光）；如果有四隻，則每隻的發光強度要超過15000 cd（遠光）。

另外，坎德拉、流明（Im）、勒克斯（lx）的關系——

14，電流強度的單位 安培（A）

安培（A）是表示1 s內通過導體的電子的數量的單位。1 s內通過的電子數量為6.24×10^18個時，電流大小為1 A。

平時傢裡用的保險絲就是為瞭防止因電流過大導致電器發熱著火的一種元件，當電路中的電流超過保險絲管上所示安培數時，管內金屬線會熔斷，從而切斷電流。

15，電壓的單位 伏特（V）

推動電子定向移動的力量就是電壓，用伏特（V）這個單位來描述。電壓越高，就能讓越多的電子流動。

一次雷電的電流強度可達1000至數十萬A，電壓可達1億~10億V，可以使90億隻100 W的燈泡同時發光。但是，雷電的發生時間卻很短，隻有1/1000 s。

16，功率的單位 瓦特（W）

瓦特是用來表示1 s內燈泡發光、發動機轉動所消耗的電能的單位，也就是功率單位。功率和時間的乘積就是消耗的電量。

在1 V的電壓下，1 A的電流通過時電功率就是1 W。

在記錄用電量的電表上，用現在的數字減去上次記錄的數字，就可以算出兩次記錄之間使用瞭多少電量。

當電力轉化成熱量時，這種熱量就叫作焦耳熱，單位是焦耳（J），1J就是1W的電器工作1s所消耗的能量（電能）。

17，功率的單位 馬力（hp/ps）

馬力（hp/ps）原本的意思就是指一匹馬的力量，現在分為英制單位的馬力（hp）和米制（公制）單位的馬力（ps）來使用。

1公制馬力意味著1 s內可以把75 kg重的物體提高1 m。

現在英國使用的馬力(英制馬力）是由詹姆斯·瓦特定義的，屬於英制單位。寫作hp, 1 hp=745.7 W。

法國使用的馬力基於米制單位，量值接近於英制馬力。符號是ps，1 ps≈735.5 W。

18，力的單位 牛頓（N）

牛頓（N）是用來衡量力的大小的一種單位。1 N是一個大約100 g的物體放在手心時，手心所承受的向下的重量（重力）。

重量是物體受萬有引力作用的大小，質量是物體含有物質的多少。質量不隨物體空間位置和狀態的改變而改變，重量會隨著物體空間位置和狀態的改變而改變。

若物體的質量為600 g，作用在物體上的重力在地球上約為6 N，但在月球上約為1 N，因為月球的重力大約是地球的1/6。

19，能量、熱量和功的單位 焦耳（J）

焦耳（J）是用來表示功、能量和熱量大小的單位。

1 J等於約100 g（1 N）的物體沿著重力的方向或重力的反方向移動1 m所做的功。

能量用來表示物體做功的能力。以前不同種類的能量使用不同的單位，力學中的能量用“焦”作單位，電能用“瓦×秒”作單位，熱能用卡路裡（cal）作單位。在物理學上，現在這3種能量都統一使用“焦”作單位。

舉例來說，把100 g的物體舉高1 m所做的功與1 V·1 A（1 W）的電流工作1 s所做的功都是1 J。

在過去，熱量用卡路裡（cal）表示，現在則使用焦耳（J）。表示食物熱量時，大部分國傢使用焦耳，日本仍使用卡路裡。卡路裡和焦耳的換算關系是1 J≈0.24 cal，1 cal≈4.2 J。

20，壓強的單位 帕斯卡（Pa）

帕斯卡（Pa）是表示壓強（作用在物體表面一定面積上的力）的單位。

1 Pa是1 N的力垂直作用在面積為1 m的物體表面時所產生的壓強。

地球表面空氣造成的平均壓強（氣壓）是1013.25 hPa（百帕），也稱為1個標準大氣壓。相當於1萬kg的砝碼放在面積為1m的平板上時，對平板產生的力。與之相比，臺風中心的氣壓要低很多。

氣象學中曾經用“巴”(bar)作為壓強的單位，氣壓用毫巴（mbar）來表示，1 mbar=1/1000 bar。後來改用國際單位制中的“百帕”。

在高壓實驗水槽中對泡面盒進行施加壓力的實驗，結果表明，水越深的地方，水壓越大，泡面盒就會被壓得越扁。

21，地震大小的單位震級（M）

震級（M）是表示地震規模的單位。通常在數值前加上M來表示，比如M 6.0，M 9.0。震級每增加1級，地震所釋放的能量增加約32倍，增加2級則地震釋放的能量增加約1000倍。

M 8.0等於把7億噸的砝碼舉高約10 km所需要的能量。如果用電能來描述，則等於輸出功率約為175萬kW的發電廠1年的發電量。

震級表示地震規模，震度則表示一個地區受地震影響的程度。

拿燈泡來做對比，燈泡本身作為光源，它的發光強度單位為坎德拉，被燈泡照射的物體表面的光照度單位為勒克斯；同樣地，震級就像坎德拉，震度就像勒克斯。

也就是說，即使震級很大，但因為離震源比較遠，震度卻很小，或者雖然震級很小，但離震源很近的地方，震度會很大。

22，聲音強度的單位 分貝（dB）

分貝（dB）是可以表示聲音大小的單位，也可以用來表示噪聲的等級。

普通人勉強能聽到的聲音被定為0 dB，dB的數值越大，人聽到的聲音就越大。

聲音通過引起空氣等介質的振動而傳遞到人的耳朵，並通過大腦來識別。空氣的振動強度被稱作聲壓，聲音的大小用聲壓的等級來表示，而聲壓等級(聲音大小）的單位是分貝。

不同的人或者不同狀態時的同一個人，對於同樣分貝的聲音的感覺是不同的。但一般來說，大多數人都會覺得60~70分貝以上的聲音吵鬧。

聲音過大會讓人感到壓力，但是完全沒有聲音也會讓人感到壓力，因為人類會通過聲音來判斷周圍的環境是否安全，完全沒有聲音會讓人陷入不安的狀態。

23，頻率的單位 赫茲（Hz）

赫茲（Hz）是表示聲波或電波等在一定時間內完成周期性變化的次數的單位，也就是頻率單位。

1 Hz等於1 s完成1次振動（周期變化）。聲波、電波、光波的性質會隨其頻率的改變而發生變化。聲音的高低是由振動次數（頻率）來決定的。頻率越高，聲音就越高。

國際標準音的頻率是440 Hz。

1939年舉行的國際標準音會議上，將管弦樂演奏前調音時440 Hz的“la”音作為標準音。與音樂或廣播有關的聲音都以標準音的頻率為基準。日本NHK廣播的報時聲音就是440 Hz的“la”響3下後，880 Hz的高音“la”響一下。

24，溫度的單位 攝氏度（℃）

在1個標準大氣壓下，將冰水混合物的溫度(水的熔點）定為0攝氏度，水沸騰的溫度定為100攝氏度，其間平均分為100份，那麼每一等份就為1攝氏度，記為1℃。

表示溫度的單位有攝氏度（℃）和現在美國等國傢使用的華氏度（°F）。

而國際單位制中的熱力學溫度的單位叫作“開爾文(K)”。

25，溫度的單位 開爾文（K)

開爾文（K）是表示溫度的單位之一，主要使用在物理學領域。

開爾文不僅是熱力學溫度的單位，也是色溫的單位。色溫是專門用來量度光線的顏色成分的物理量。

光的顏色與色溫之間有一定的關系。色溫越低，光的顏色越接近紅色；色溫越高，光的顏色越接近藍色。

溫度是由構成物質的分子或者原子的運動產生的。分子或者原子完全停止運動時的溫度稱為絕對零度，使用攝氏溫度計量的話，就是-273.15℃。-273.15℃=0 K，以開爾文（K）為單位，且刻度間隔與攝氏溫度相同的這種溫度就是絕對溫度。

26，物質的量的單位 摩爾(mol)

摩爾（mol）是表示構成物質的原子、分子、離子等的量（物質的量）的單位。

摩爾曾經作為質量單位使用，現在摩爾被定義為“1摩爾包括6.022 14076×10^23個基本物質的物質的量”，這個數字相當大。

1 mol的不同物質，重量（質量）也不同，這是因為構成物質的單個粒子的質量不同。6×10^23個水分子的質量是18 g，鋁是27 g，鹽是58.5 g，砂糖是342 g。

化學反應中最小的粒子叫原子。一定數量的原子可以組合成具有一定化學性質的物質，保持這種物質的化學性質的最小粒子是分子。

27，放射性活度的單位 貝可勒爾（Bq）

貝可勒爾（Bq）是表示放射性活度的單位，表示放射源在1秒內放射出的射線的數量。貝可勒爾數值越大，放射性活度越強。

1 Bq表示每秒有一個原子發生衰變，放射1次射線。

射線並不隻存在於特定的場所。在日常生活中，全球平均每人每年會接收到有效劑量約2.4 mSv的射線，它們來自宇宙、地表和食物等。

因此，即使貝可勒爾的數值相同，不同種類的射線對人體的影響也會有很大的不同。於是，人們又發明瞭希沃特（Sv）這個單位，來表示人體被射線照射產生的傷害的量（有效劑量）。

希沃特的1/1000為毫希沃特（mSv)，毫希沃特的1/1000是微希沃特（μSv)。體檢時接受的一次X射線（X線）檢查會產生約0.06 mSv的有效劑量。

用一張紙可以阻擋a射線，用一塊厚鉛板可以隔斷y射線。進行X線檢查時的X射線屑於γ射線。

28，文字大小的單位 點（pt）

點是主要在美國和歐洲使用的單位，用來表示文字和圖形的大小。

1 pt是在邊長約1/72英寸(in)≈0.35 mm的正方形范圍內書寫的字的大小。

在中國的印刷行業中，字的大小以號制單位為主，點制單位為輔，並不使用級制單位。另有小初號=36 pt，小一號=24 pt，小二號=18 pt，小三號=15 pt，小四號=12 pt，小五號= 9 pt，小六號=6.5 pt，八號=5 pt。

29，圖像分辨率的單位 dpi

dpi是表示電子圖像分辨率的單位。dpi的數值表示的是1英寸長（1 in=25.4 mm）的線上分佈瞭多少個點。1 dpi表示1 in上有一個點。

一張圖片中所含的點的總數叫作像素數。通常用“橫向排列的個數×縱向排列的個數”來表示，得到的總數就是像素數（例如：3000×2000=600萬像素）。

上方小狗的圖片，同樣面積的圖片，像素數越大，分佈的點就越多，圖片的分辨率就越高。

並不一定是像素數越高，畫質就越高。畫質的高低不隻由像素數高低決定，顏色的再現及顏色與亮度能否自然流暢地表現出來也非常重要，這些都與相機的性能有很大關系。

用數碼相機拍攝的照片，如果放在電腦上使用僅需200萬像素，印刷在明信片上的話需要400萬像素，特殊的場合需要800萬像素或更高。

30，存儲容量的單位 字節（B）

在計算機領域中，1B=8比特（bit)。

字節是計算機領域中用來計量存儲容量的單位，1個字節等於8位二進制數。

但是二進制數的1之後不是2，而是10（1和0的排列）。

700MB中的“M（兆）”是表示100萬倍的詞頭，700MB意為可以儲存700B×100萬=7億B的數據。劍橋大學出版的英英詞典約1000萬字，一張700MB的光盤大約可以儲存70本。

不僅是文字，音頻、圖像和視頻在計算機中也是轉化成0和1的組合後被儲存的。

由於音頻、圖像和視頻的信息量比較多，字節數也很大，為瞭能夠保存更多的信息，用來儲存它們的CD、DVD、數碼相機的存儲卡及移動硬盤等一般都有很大的容量。

已完更。