計量單位制是和量制(基本量及其導出量的特定組合)同步發(fā)展起來(lái)的。古老的計量單位制，首先出現在一些經(jīng)濟文化發(fā)達的地區，隨著(zhù)那里的文明共同發(fā)展。大約公元前25世紀，埃及的計量單位制中，長(cháng)度的基本單位是庫比特(cubit肘尺)，100庫比特等于1開(kāi)赫特(khet)；土地面積單位斯坦塔(setat)，1斯坦塔等于開(kāi)赫特的平方。當時(shí)已使用十進(jìn)制。這里長(cháng)度與面積這兩個(gè)量已構成量制，長(cháng)度為基本量，面積為導出量，而庫比特與斯坦塔則是這個(gè)給定量制中的單位，庫比特為基本單位，斯坦塔為導出單位?？梢哉J為這是量制和單位制的雛形。

　　中國從公元前五六世紀出現了明確的長(cháng)度、容量、重量單位及其量制，到公元前一世紀，先人對長(cháng)度基本單位尺給予了科學(xué)的定義:黃鐘律管長(cháng)九寸；累黍橫排一百粒的長(cháng)度。并由尺度導出容量和重量單位:一升的容積為十六又五分之一立方寸；一兩(十六分之一斤)為一合(十分之一分)黍的重量；也公布過(guò)“黃金方寸而重一斤”、“水一升冬重十三兩”的重量單位標準的測量數據，而且建立了大量單位量標準。因此，中國二千多年前，在建立了度量衡三個(gè)量的量制基礎上，通過(guò)物理理論和數學(xué)形式構成了邏輯的計量單位制體系。但由于長(cháng)度和容量單位的分數、倍數為十進(jìn)位，而“兩”的分數、倍數單位為非十進(jìn)位，中國古代的度量衡制，還是非一貫計量單位制。中國古老的時(shí)間計量，發(fā)展到秦、西漢時(shí)期，用圭表測定當地的時(shí)刻，日晷和漏刻測定晝夜時(shí)刻，技術(shù)上成熟，使用普遍。這些計時(shí)器具也借助度量衡器進(jìn)行測量。國家重視對度量衡和時(shí)間計量的管理，在典藉文獻中，兩者都列入“律歷志”加以論述。但始終未能把長(cháng)度、重量和時(shí)間三個(gè)基本量選定在單位制系統內，這是由于受到當時(shí)技術(shù)水平的限制。    

厘米克秒單位制

　　18世紀后半期，力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、靜電學(xué)已成為物理學(xué)的基礎學(xué)科。測量的范圍也從度量衡擴展到所有的力學(xué)量、熱工量、電磁學(xué)和光學(xué)量，各種物理量都選擇合適的單位，建立起數學(xué)關(guān)系加以定義。19世紀后半期，米制已被歐洲、美洲的許多國家接受，把各種單位構成邏輯關(guān)系形成一種單位制成為迫切要求。這時(shí)英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì )(BAAS)提出，需要一種由某幾個(gè)基本單位按系統建立起來(lái)的一貫單位制。在力學(xué)中選擇三個(gè)基本量:長(cháng)度、時(shí)間和質(zhì)量，它們的基本單位被選為:厘米、克和平均太陽(yáng)時(shí)的秒。這個(gè)單位制中，除基本單位外，還包括按“一貫單位”的要求，導出的這個(gè)量制中所能導出的導出量的單位。所謂“一貫單位”，即用基本單位通過(guò)數字因素為1的形式所表示的導出單位。例如:厘米克秒制中力的單位達因(dyn)與其基本單位間的關(guān)系為1dyn=1(g·cm/s)/s=1g·cm/s²；功的單位爾格(erg)，則1erg=1cm²·g/s²；速度的單位是厘米每秒(cm/s)。這個(gè)單位制稱(chēng)為厘米克秒制(CGS)，這是近代計量學(xué)中第一個(gè)計量單位制。但是，事實(shí)上，有很多物理量例如光學(xué)的、電學(xué)的、熱學(xué)的，是不能從這三個(gè)基本量導出的，這一量制只覆蓋了物理學(xué)中的運動(dòng)學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)和原子物理學(xué)，這就使得19世紀末和20世紀初的一些物理學(xué)家大傷腦筋，總想從中導出電學(xué)、磁學(xué)的計量單位。另外，還有些物理學(xué)家也主張增加量制中的基本量來(lái)解決。這樣，演繹出了為數不少的量制和單位制。例如，在厘米克秒制的基礎上，派生了米千克秒制、米噸秒制這樣一些用較大的單位作為基本單位的單位制；英制中，相應出現了英尺磅秒單位制；在工程技術(shù)上，用得更多的是力而不是質(zhì)量，因此，出現了以長(cháng)度、力和時(shí)間作為基本量的三量綱制，稱(chēng)之為工程量制。在這個(gè)給定量制下，出現了米千克力秒單位制、英尺磅力秒單位制。這類(lèi)單位制統稱(chēng)為重力單位制。為了和重力單位制相區別，把以長(cháng)度、質(zhì)量和時(shí)間作為基本量的那一些單位制，稱(chēng)之為絕對單位制。這兩類(lèi)單位制中的單位，則分別稱(chēng)之為重力單位和絕對單位。    

絕對靜電制(CGSe)和絕對電磁制(CGSm)

　　為了適應電、磁現象計量的需要，物理學(xué)家首先將厘米克秒單位制(CGS)推行到電磁學(xué)單位，于是出現了絕對靜電制(CGSe)和絕對電磁制(CGSm)。19世紀初，德國數學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家K.F.高斯(1777～1885)從事將數學(xué)應用于物理學(xué)、天文學(xué)和大地測量學(xué)的研究。1832年發(fā)表《用絕對單位測量地磁場(chǎng)強度》，論證必須以力學(xué)中力的單位進(jìn)行地磁的“絕對測量”，代替用磁針進(jìn)行的地磁測量。為此，高斯在與德國物理學(xué)家W.E.韋伯的合作下，在磁學(xué)測量中引用了以毫米、毫克和秒這三個(gè)單位為基礎的“絕對”電學(xué)單位制。后來(lái)韋伯把它推廣到其它的電磁測量，并在1851年對從電的庫侖定律出發(fā)的一組物理公式中，確定了一種一貫性的絕對厘米克秒單位(由這三個(gè)基本單位按一貫導出單位的規則來(lái)導出力的單位，從一貫的意義上講，它是“絕對”的，所以叫做“絕對單位”)制，定名為靜電制(CGSe)。他又對從磁庫侖定律出發(fā)的一組物理公式中，確定了一種一貫性的絕對厘米克秒單位制，定名為電磁制(CGSm)。1851年，他還做了一個(gè)成功的實(shí)驗，用這一“絕對單位”，通過(guò)測量給出了導線(xiàn)的電阻。

　　厘米克秒靜電制之所以成立，是在庫侖定律中令比例系數α=1以及真空介電常數ε₀為1，當時(shí)，他并沒(méi)有認識到這一設定，實(shí)際上已選取了第四個(gè)基本量和基本單位ε₀，也沒(méi)有認識到已采用的是非合理化公式。

　　在導出其他磁學(xué)量的單位時(shí)，還要選用一個(gè)磁學(xué)公式作為基本公式，即磁的庫侖定律，令其中比例系數β=1。從而導致真空磁導率，這里c₀為真空中的電磁波傳播速度。

　　厘米克秒電磁制則是令μ₀=1構成的，同樣也沒(méi)有意識到這一設定已相當于選取了第四個(gè)基本量和第四個(gè)基本單位。這個(gè)單位制中使得，用的也仍都是非合理化公式。

　　CGSe制與CGSm都在電磁學(xué)中使用，可是同一電磁量CGSe單位(ESU)與CGSm單位(EMU)數值相差很大，量綱也不一致，很易導致誤解，發(fā)生錯誤。

　　后來(lái)，高斯發(fā)現，只要把公式中的比例常數γ=c₀，在α=1，β=1以及ε₀=1和μ₀=1的條件下，全部電學(xué)量的單位(包括量綱)都和CGSe制的一樣，全部磁學(xué)量的單位都和CGSm制的一樣，這就是曾廣泛使用的高斯單位制，他仍選厘米、克、秒作為基本單位，而實(shí)際上第四個(gè)基本量在電學(xué)量中是ε₀，在磁學(xué)量中是μ₀。

　　高斯制綜合了CGSe制和CGSm制，消除了一些混亂，但在那些既有電學(xué)量又有磁學(xué)量的公式中，即出現γ的公式需要改寫(xiě)。高斯制用的也仍是非合理化公式。
    

實(shí)用單位

　　1861年，英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì )組織了一個(gè)由麥克斯韋和托馬斯領(lǐng)導的專(zhuān)門(mén)研究電磁單位的委員會(huì )，仍確定要從力學(xué)單位來(lái)導出電磁學(xué)單位。他們把三個(gè)基本單位確定為米，克和秒，規定電阻單位名稱(chēng)是歐姆(Ω)，電動(dòng)勢單位名稱(chēng)是伏特(V)。在1873年把基本單位改成厘米、克和秒，并規定力和能的單位名稱(chēng)分別是達因(dyn)和爾格(erg)。并開(kāi)始使用詞頭構成10^-6至10⁶的倍數單位。CGSm制和CGSe制就是從厘米克秒這三個(gè)基本單位導出的。1881年國際電學(xué)會(huì )議決定采用，并確定了5個(gè)量:電流、電動(dòng)勢、電阻、電荷量和電容的單位專(zhuān)門(mén)名稱(chēng):安培(A)、伏特(V)、歐姆(Ω)、庫侖(C)、法拉(F)。    

赫維賽特-洛侖茲單位制

　　1882至1883年英國科學(xué)家O.赫維賽特發(fā)現采用CGSe和CGSm時(shí)，電磁公式中4π的出現很不合理，與H.A.洛侖茲提出的以CGS作為基本單位的有理化單位制，稱(chēng)為赫維賽特-洛侖茲單位制(Heaviside-Lorentz system of units)，在這個(gè)單位制中，處于磁導率為μ介質(zhì)中，相距d的兩個(gè)磁極m₁和m₂之間的作用力由m₁m₂/4πμd²給出，類(lèi)似的方程q₁q₂/4πεd²給出電容率為ε介質(zhì)中兩相距d的電荷q₁與q₂間的作用力。
　　1889年國際電學(xué)會(huì )議通過(guò)了功和能的單位焦耳(J)，功率的單位瓦特(W)，電感的單位象限(1893年改為亨利(H))。
　　1897年英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì )建議的磁通單位名稱(chēng)是韋伯(Wb)，1900決定CGSm制磁場(chǎng)強度H的單位名稱(chēng)是高斯(Gs)，磁通單位名稱(chēng)是麥克斯韋(Mx)。
    

喬吉制

　　1902年意大利物理學(xué)家G.喬吉(1871～1950)創(chuàng )立了合理化實(shí)用制，以米(m)、千克(kg)、秒(s)和一個(gè)實(shí)用電學(xué)單位為基本單位并采用合理化電磁公式。正式提出應有四個(gè)基本單位對應于四個(gè)基本量的量制。建議用磁場(chǎng)強度H作為第四個(gè)基本量。
　　1930年的國際電工委員會(huì )(IEC)決定ε₀和μ₀是導出量。磁通密度B、電位移D、電場(chǎng)強度E都是不同性質(zhì)的物理量，分別賦予了CGSm制中磁通單位稱(chēng)為麥克斯韋(Mx)、磁通密度單位名稱(chēng)為高斯(Gs，G)、磁場(chǎng)強度單位名稱(chēng)為奧斯特(Oe)、磁動(dòng)勢單位名稱(chēng)吉伯(Gb)，并注意到以米(m)、千克(kg)、秒(s)為基本單位的合理性，這些決定得到1931年國際物理學(xué)會(huì )的同意。
　　1935年國際電工委員會(huì )決定了以米(m)、千克(kg)、秒(s)單位制為國際電磁單位制。并定名為喬吉制，以安培作為第四個(gè)基本單位。1935年國際計量委員會(huì )亦作出類(lèi)似的決定，1946年又決定于1948年起正式采用。1948年第九屆國際計量大會(huì )責成計量委員會(huì )研究創(chuàng )立一種簡(jiǎn)單而科學(xué)，能為所有米制公約簽字國所接受并采用的實(shí)用單位制。實(shí)質(zhì)上是以喬吉制為基礎的擴大。    

國際單位制

　　把三量綱制加以擴大，使之覆蓋光學(xué)量和熱學(xué)量的進(jìn)程不像覆蓋電磁學(xué)那么復雜，走過(guò)的歷程也不那么曲折。
　　在熱學(xué)單位制中，增加一個(gè)表示溫度的基本量，這個(gè)量制稱(chēng)為熱物理量制，因而增加的基本單位在米制中為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K)，而英制中為華氏度()或蘭氏度()。
　　在建立光學(xué)量的單位制歷程中，由于光學(xué)計量中最早發(fā)展的是發(fā)光強度單位“燭光”(后來(lái)的坎德拉(cd))，很自然地以它作為基本單位了，雖然存在某些不妥，在當前似也無(wú)礙，今后是否會(huì )由光通量來(lái)代替發(fā)光強度作為基本量，由流明代替坎德拉作為基本單位，這決定于計量學(xué)的發(fā)展。
　　1948年開(kāi)始，國際計量局(BIPM)在各國之間進(jìn)行調查，1954年第十屆國際計量大會(huì )(CGPM)通過(guò)決議確定，在米、千克、秒三個(gè)基本單位之外，增加安培、開(kāi)爾文和坎德拉作為基本單位，1960年第十一屆CGPM確立了這6個(gè)基本單位構成的國際單位制(SI)。
　　為了較好地使得在化學(xué)中的量的單位也按SI的原則進(jìn)入SI，1971年的CGPM上，增加了第七個(gè)基本量，物質(zhì)的量n，第七個(gè)基本單位摩爾(mol)，用于代替在當時(shí)廣泛使用的克分子、克原子、克當量等及其所導出的一些量和單位，這就進(jìn)一步完善了SI。
　　至今的歷次CGPM繼續不斷地在完善SI，是否應把對數量的兩個(gè)單位奈培(Np)和貝爾(B)也作為SI單位1的專(zhuān)門(mén)名稱(chēng)呢？已有專(zhuān)家在作這方面的探討。今后的CGPM將繼續不斷地完善SI。
　　當前，國際單位制的構成(按國際計量局編《國際單位制》第七版)如下圖:    

　　SI基本單位:

　　長(cháng)度:米(m)
　　質(zhì)量:千克、公斤(kg)
　　時(shí)間:秒(s)
　　電流:安[培](A)
　　熱力學(xué)溫度:開(kāi)[爾文](K)
　　物質(zhì)的量:摩[爾](mol)
　　發(fā)光強度:坎[德拉](cd)
　　有專(zhuān)門(mén)名稱(chēng)的SI導出單位共21個(gè):平面角:弧度(rad)；立體角:球面度(sr)；頻率:赫[茲](Hz)；力:牛[頓](N)；壓力、壓強:帕[斯卡](Pa)；功、能、熱:焦[耳](J)；功率:瓦[特](W)；電荷量:庫[侖](C)；電壓、電動(dòng)勢:伏[特](V)；電容:法[拉](F)；電阻:歐[姆](Ω)；電導:西[門(mén)子](S)；磁通:韋[伯](Wb)；磁通密度:特[斯拉](T)；電感:亨[利](H)；攝氏溫度:攝氏度(℃)；光通量:流[明](lm)；光照度:勒[克斯](lx)；放射性活度:貝克[勒爾](Bq)；吸收劑量:戈[瑞](Gy)；劑量當量:希[沃特](Sv)。
　　無(wú)量綱量(量綱1的量)其SI導出單位為“1”，但也可等效為m/m、m²/m²等。
　　為構成SI單位的倍數和分數，國際計量大會(huì )至今已累計通過(guò)了自10²⁴至10^-24共20個(gè)詞頭，用于加在SI單位之前(由于歷史上的原因，只有質(zhì)量的SI單位例外，是加在克(g)之前構成，千克(kg)本身是SI單位)，而不能有另外的名稱(chēng)與符號。例如:一千kg只能是兆克(Mg)而不是噸(t)；千分之一立方米(m³)只能是立方分米(dm³)而不是升(L)。雖然，噸與升都不是國際單位制的單位，但通過(guò)其他文件，說(shuō)明當前是否可以與SI并用。
　　國際計量局的《國際單位制》一書(shū)，每隔5年左右修訂再版一次，用以反映最新情況。第八版《國際單位制》將在2004年出版，肯定還會(huì )出現某些新的進(jìn)展。(本文作者系原國家計量局研究員)