Các hiện tượng tự nhiên có thể được mô tả bằng các định luật Vật lý, thông qua các phương trình biểu diễn mối liên hệ Toán học giữa các đại lượng. Một số đơn vị của các đại lượng này tồn tại độc lập, không phụ thuộc vào các đơn vị khác, những đơn vị này được gọi là đơn vị cơ bản, hệ SI có tổng cộng 7 đơn vị cơ bản.
Các đơn vị cơ bản trong hệ SI:
- Đơn vị đo chiều dài mét
- Đơn vị đo khối lượng kg
- Đơn vị đo thời gian giây
- Đơn vị đo cường độ dòng điện Ampe
- Đơn vị đo nhiệt độ độ Celsius hay Kelvin
- Đơn vị đo lượng chất mol
- Đơn vị đo cường độ sáng candela
Các đơn vị dẫn xuất từ các đơn vị cơ bản được gọi là các đơn vị dẫn xuất.
Các tiêu chuẩn đơn vị
Độ dài
- Chiều dài được xác định là khoảng cách giữa hai điểm trong không gian.
- Các giai đoạn:
- Năm 1799, khi mét được lựa chọn làm đơn vị đo pháp của chiều dài tại Pháp, thì mét được định nghĩa là 1/10.000.000 chiều dài của đoạn kinh tuyến đi qua Paris, tính từ đường xích đạo đến cực bắc của Trái đất. (Giá trị này không đáp ứng yêu cầu sử dụng trong toàn vũ trụ.)
- Năm 1960, mét được định nghĩa là khoảng cách giữa hai vạch trên một thanh platinum–iridium đặc biệt được lưu trữ tại Pháp trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ.
- Trong những năm 1960 - 1970, mét được định nghĩa là 1.650.763,73 lần bước sóng λ của ánh sáng đỏ - cam từ đèn khí kripton-86.
- Năm 1983, mét được định nghĩa là quãng đường mà ánh sáng đi được trong chân không trong thời gian 1/299.792.458 giây. Định nghĩa này thiết lập tốc độ ánh sáng trong chân không chính xác là 299.792.458 m/s và có hiệu lực trong toàn vũ trụ, dựa trên giả thiết rằng ánh sáng là như nhau ở mọi nơi.
Khối lượng
- Kilogam là khối lượng của một khối platinum–iridium hình trụ đặc biệt được lưu trữ tại Văn phòng Quốc tế về Khối lượng và Đo lường tại Sèvres, Pháp.
- Các giai đoạn:
Năm 1887, chuẩn khối lượng được thiết lập và cho đến nay vẫn không thay đổi, vì platinum-iridium là một hợp kim đặc biệt rất bền. Một bản sao của khối hình trụ này được lưu giữ tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) tại Gaithersburd, Maryland.
Thời gian
- Trong hệ SI, thời gian được đo bằng đơn vị giây.
- Các giai đoạn:
- Trước năm 1967, chuẩn về thời gian được định nghĩa theo ngày mặt trời trung bình (là khoảng thời gian giữa hai lần mặt trời đứng bóng liên tiếp). Đơn vị giây (second – s) được định nghĩa là của ngày mặt trời trung bình. Định nghĩa này dựa trên sự quay của hành tinh Trái đất nên không thể xem là chuẩn thời gian của vũ trụ.
- Năm 1967, đơn vị giây được định nghĩa lại khi đồng hồ nguyên tử (đo các dao động của nguyên tử Cesium - Cs) xuất hiện. Theo đó, 1 giây là 9.192.631.770 chu kỳ dao động của nguyên tử Cs-133.