18世紀(jì)末法國創(chuàng)立了米制以后,法國和歐洲國家的科學(xué)家都致力于推行米制。19世紀(jì)前后,力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、靜電學(xué) 已成為物理學(xué)的幾門基礎(chǔ)科學(xué)。天文學(xué)、數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等許多學(xué)科迅速發(fā)展,各個學(xué)科的知識深化,學(xué)科之間的關(guān)系顯露。由于物理學(xué)中的科學(xué)實驗和工程科學(xué)中的計量學(xué)問題,要求各種物理量都選擇恰當(dāng)?shù)膯挝唬晟茊挝坏亩x,不斷提高實驗準(zhǔn)確度和測量精度;并要求通過數(shù)學(xué)關(guān)系把互相關(guān)連的物理量單位能構(gòu)成一種邏輯體系,即建立計量單位制。為此,許多科學(xué)家積極參與,有幾位科學(xué)家做出了卓著的貢獻。
1830年德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家高斯(Gauss,Carl Friedrich 1777~1855)著手電學(xué)和磁學(xué)實驗,應(yīng)用絕對單位測量磁場強度。1832年,高斯在他的著名論文《用絕對單位測量地磁強度》中指出,必須由根據(jù)力學(xué)中力的單位的規(guī)則而進行的“絕對”測量,代替用磁針的地磁測量。為此目的,高斯引入了一種以毫米、毫克和秒為基礎(chǔ)的“絕對”電學(xué)單位制。高斯1809年發(fā)表的“最小二乘法”廣泛應(yīng)用于計量方面。高斯從1830年起,就和同在格丁根大學(xué)當(dāng)物理學(xué)教授的韋伯(Weber,Wilhelm Eduard 1804~1891)密切合作,一起研究地磁。韋伯支持高斯引用“絕對”電學(xué)單位制的思路,并把他的實驗工作推廣到其它電測量領(lǐng)域。1851年韋伯對描述電磁現(xiàn)象的兩個互不兼容的方程系(由磁極定律出發(fā)和由電荷定律出發(fā)的方程系)都確定了一種一貫性的“絕對”厘米克秒單位制,即絕對電磁單位制(CGSm)和靜電單位制(CGSe)。為紀(jì)念這兩位科學(xué)家 ,把CGSm的磁感應(yīng)強度和磁通密度的單位G(高斯),以高斯,K.F.的名字命名;國際單位制的磁通量的單位 Wb(韋伯),以韋伯,W.E.的名字命名.。
19世紀(jì)上半期,英國科學(xué)家在理論科學(xué)的諸多方面均有非凡建樹,如焦耳、法拉第和麥克斯韋的電磁理論,起著劃時代作用。同時,英國為振興科學(xué)事業(yè),還進行了科研體制和教育體制改革??蒲懈母锏囊豁椫匾胧┦?,成立了一個全國性的科學(xué)團體“英國科學(xué)促進協(xié)會(BAAS)”。英國科學(xué)促進協(xié)會在關(guān)于單位制概念的發(fā)展中起了重要作用。1861年英國科學(xué)促進協(xié)會成立了標(biāo)準(zhǔn)委員會,它是大量著名科學(xué)家卓有成效地合作的中心??茖W(xué)家們對電學(xué)中各物理量,如電荷、電流、電阻、電容和電勢的單位的最佳選擇進行深入細致的研究??茖W(xué)家中應(yīng)特別提及的是英國物理學(xué)家麥克斯韋(James,Clerk Maxwell 1831~1879)。按麥克斯韋的意見,每個物理量都可以被表示為一個純數(shù)和一個單位的乘積。單位是一個選定的參考量,所有同類量都可用它來表示,而該量與相應(yīng)單位之比是一個數(shù)。因此,這里引入的單位,和相應(yīng)的物理量一樣,具有一種抽象的數(shù)學(xué)性質(zhì)。把單位同量的實物體現(xiàn)或標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分開來。麥克斯韋建立了“單位”的理論。1863年麥克斯韋與他人合作發(fā)表了《各種電學(xué)的量的基本關(guān)系》,對以質(zhì)量、長度、時間為基本單位的一組電、磁單位下了定義。文中指出,電磁單位和靜電單位的比值等于光速,即3×1010厘米/秒。在此基礎(chǔ)上,麥克斯韋和英國科學(xué)促進協(xié)會的科學(xué)家們提議建立一種由幾個基本單位按系統(tǒng)建立起來的一貫計量單位制。在米制的基礎(chǔ)上,選擇了長度、質(zhì)量和時間三個基本量,以厘米、克和秒為基本單位,建立了厘米、克、秒單位制(CGS)。為了紀(jì)念麥克斯韋,把CGSm的磁通量單位Mx(麥克斯韋),以麥克斯韋,M.J.的名字命名。
在20世紀(jì)初,關(guān)于電磁理論及其單位制的構(gòu)成,產(chǎn)生了一些很可貴的設(shè)想:重新選擇一種包括整個電、磁和力學(xué)現(xiàn)象在內(nèi)的一貫單位制。1901年,意大利物理學(xué)家喬吉(Giorgi,Giovanni 1871~1950)提出有可能把米、千克、秒單位制的力學(xué)單位制和實用電學(xué)單位結(jié)合起來。形成四維的一貫單位制,這個電學(xué)單位可以取安培或歐姆。喬吉的建議開辟了單位制發(fā)展的道路。1946年,國際計量委員會批準(zhǔn)了電學(xué)咨詢委員會(CCE)關(guān)于采用以米,千克,秒,安培為基礎(chǔ)的米千克秒安培單位制(MKSA又稱喬吉制)的建議。
英國科學(xué)促進協(xié)會在布里頓的會議
德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家 高斯,K.F.
德國物理學(xué)家 韋伯,W.E.
英國物理學(xué)家 麥克斯,韋 M.J.
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