وحدة القياس الأساسية

وحدة القياس الأساسية (وتُسمى أيضًا الوحدة الجوهرية أو الوحدة الأساسية ) هي وحدة قياس مُعتمدة لكمية أساسية . الكمية الأساسية هي إحدى الكميات الفيزيائية المختارة اصطلاحًا ، حيث لا يُمكن التعبير عن أي كمية في هذه المجموعة بدلالة الكميات الأخرى. تتكون وحدات النظام الدولي للوحدات (SI ) من المتر، والكيلوغرام، والثانية، والأمبير، والكلفن، والمول، والشمعة.

مضاعف الوحدة ( أو مضاعف الوحدة ) هو عدد صحيح مضاعف لوحدة معينة؛ وبالمثل، فإن جزء الوحدة (أو جزء الوحدة ) هو جزء أو كسر وحدة من وحدة معينة. ^{[ 1 ]} بادئات الوحدة هي قوى شائعة في النظام العشري أو النظام الثنائي، وهي مضاعفات وأجزاء الوحدات.

بينما تُعرَّف الوحدة الأساسية بأنها وحدة مُحدَّدة صراحةً، ^{[ 2 ]} فإن الوحدة المشتقة هي وحدة لكمية مشتقة ، وتتضمن دمج كميات ذات وحدات مختلفة؛ ^{[ 1 ]} وقد سُمِّيت بعض الوحدات المشتقة في النظام الدولي للوحدات بأسماء خاصة. ولا تتضمن الوحدة المشتقة المتماسكة أي عوامل تحويل .

في لغة القياس ، تُعرَّف الكميات الفيزيائية بأنها جوانب قابلة للقياس في العالم، مثل الزمن والمسافة والسرعة والكتلة ودرجة الحرارة والطاقة والوزن ، وتُستخدم الوحدات لوصف مقدارها أو حجمها . ترتبط العديد من هذه الكميات ببعضها البعض من خلال قوانين فيزيائية مختلفة، ونتيجة لذلك ، يمكن التعبير عن وحدات الكميات عمومًا كحاصل ضرب قوى وحدات أخرى؛ على سبيل المثال، الزخم هو الكتلة مضروبة في السرعة، بينما السرعة هي المسافة مقسومة على الزمن. تُناقش هذه العلاقات في التحليل البُعدي . أما الكميات التي يمكن التعبير عنها بهذه الطريقة بدلالة الوحدات الأساسية فتُسمى وحدات مشتقة .

في النظام الدولي للوحدات (SI)، توجد سبع وحدات أساسية: الكيلوغرام ، والمتر ، والشمعة ، والثانية ، والأمبير ، والكلفن ، والمول . وقد تم تعريف العديد من الوحدات المشتقة، ولكل منها أسماء ورموز خاصة.

في عام ٢٠١٩، أُعيد تعريف وحدات النظام الدولي للوحدات السبع الأساسية بدلالة سبعة ثوابت تعريفية. ولذلك، لم تعد وحدات النظام الدولي للوحدات الأساسية ضرورية بالمعنى الدقيق، ولكن تم الإبقاء عليها لأسباب تاريخية وعملية. ^{[ ٣ ]} انظر مراجعة النظام الدولي للوحدات لعام ٢٠١٩ .

مجموعة الأبعاد الأساسية للكمية هي مجموعة دنيا من الوحدات التي يمكن من خلالها التعبير عن أي كمية فيزيائية بدلالة هذه المجموعة. الأبعاد الأساسية التقليدية هي الكتلة ، والطول ، والزمن ، والشحنة ، ودرجة الحرارة ، ولكن من حيث المبدأ، يمكن استخدام كميات أساسية أخرى. يمكن استخدام التيار الكهربائي بدلًا من الشحنة، أو السرعة بدلًا من الطول. لم يعترف بعض الفيزيائيين بدرجة الحرارة كبعد أساسي لأنها ببساطة تعبر عن الطاقة لكل جسيم لكل درجة حرية، والتي يمكن التعبير عنها بدلالة الطاقة (أو الكتلة، والطول، والزمن). ^{[ 4 ]} يجادل داف بأن القيم غير البعدية فقط هي التي لها معنى فيزيائي، وأن جميع الوحدات البعدية هي من صنع الإنسان. ^{[ 5 ]}

توجد علاقات أخرى بين الكميات الفيزيائية يمكن التعبير عنها باستخدام ثوابت أساسية، وإلى حد ما، يُعدّ قرار الاحتفاظ بالثابت الأساسي ككمية ذات أبعاد، أو تعريفه ببساطة على أنه الوحدة أو عدد ثابت بلا أبعاد ، وبالتالي تقليل عدد الكميات الأساسية الصريحة بمقدار واحد، قرارًا اعتباطيًا. تكمن المسألة الوجودية في ما إذا كانت هذه الثوابت الأساسية موجودة بالفعل ككميات ذات أبعاد أو بلا أبعاد. وهذا يُعادل معاملة الطول على أنه الزمن، أو فهم الشحنة الكهربائية على أنها مزيج من كميات الكتلة والطول والزمن، وهو ما قد يبدو أقل طبيعية من اعتبار درجة الحرارة قياسًا لنفس المادة التي تقيس الطاقة (والتي يمكن التعبير عنها بدلالة الكتلة والطول والزمن).

على سبيل المثال، يرتبط الزمن والمسافة ببعضهما البعض من خلال سرعة الضوء ، c ، وهي ثابت أساسي. ويمكن استخدام هذه العلاقة لإلغاء وحدة الزمن الأساسية أو وحدة المسافة الأساسية. وينطبق اعتبار مماثل على ثابت بلانك ، h ، الذي يربط الطاقة (ذات الأبعاد التي يمكن التعبير عنها بدلالة الكتلة والطول والزمن) بالتردد (ذو الأبعاد التي يمكن التعبير عنها بدلالة الزمن). في الفيزياء النظرية ، من المعتاد استخدام وحدات طبيعية حيث c = 1 و ħ = 1. ويمكن تطبيق اختيار مماثل على سماحية الفراغ ، ε₀ _.

• يمكن للمرء أن يتخلص من المتر أو الثانية عن طريق ضبط قيمة c على الوحدة (أو على أي رقم ثابت آخر بدون أبعاد).
• يمكن للمرء بعد ذلك التخلص من الكيلوغرام عن طريق تعيين ħ إلى رقم بلا أبعاد.
• يمكن للمرء التخلص من الأمبير عن طريق ضبط سماحية الفراغ ε ₀ أو الشحنة الأولية e إلى رقم بلا أبعاد.
• يمكن للمرء أن يتخلص من المول كوحدة أساسية عن طريق ضبط ثابت أفوجادرو N _A على 1. وهذا أمر طبيعي لأنه ثابت قياس تقني.
• يمكن الاستغناء عن الكلفن، إذ يُمكن القول إن درجة الحرارة تُعبّر ببساطة عن الطاقة لكل جسيم لكل درجة حرية ، والتي يُمكن التعبير عنها بدلالة الطاقة (أو الكتلة، والطول، والزمن). وبعبارة أخرى، فإن ثابت بولتزمان k_{_B} هو ثابت قياس تقني، ويمكن تحديده كقيمة ثابتة لا بُعدية.
• وبالمثل، يمكن للمرء أن يتخلص من الكانديلا، حيث يتم تعريفها من حيث الكميات الفيزيائية الأخرى عبر ثابت قياس تقني، K _cd .
• وهذا يترك بُعدًا أساسيًا واحدًا ووحدة أساسية مرتبطة به، ولكن هناك العديد من الثوابت الأساسية المتبقية للتخلص من ذلك أيضًا - على سبيل المثال، يمكن للمرء استخدام G ، ثابت الجاذبية ، أو m _e ، كتلة سكون الإلكترون ، أو Λ، الثابت الكوني .

تختلف الخيارات المفضلة باختلاف مجال الفيزياء. استخدام الوحدات الطبيعية يجعل كل كمية فيزيائية معبرًا عنها كرقم بلا أبعاد، وهو ما لاحظه الفيزيائيون الذين يشككون في وجود كميات أساسية غير متوافقة. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

• الوحدات المميزة
• التحليل البُعدي
• الوحدات الطبيعية
• وحدة واحدة