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물리학에서 연구하는 대상과 현상의 범위는 엄청나게 넓다. 믿을 수 없을 정도로 짧은 핵의 수명부터 지구의 나이, 아주 작은 크기의 소립자부터 알려진 우주의 가장자리까지의 광대한 거리, 점프하는 벼룩이 가하는 힘부터 지구와 태양 사이의 힘까지, 아무리 경험이 많은 과학자라도 상상력에 도전할 만한 10의 요소들이 존재한다. 물리량에 대한 수치와 물리 원리에 대한 방정식을 제시하면 정성적 설명만으로도 자연을 훨씬 더 깊이 이해할 수 있다. 이러한 방대한 범위를 이해하려면 이를 표현할 수 있는 단위도 있어야 한다. 그리고 미터, 킬로그램, 초에 대한 평범한 논의에서도 물리량은 대부분 길이, 질량, 시간, 전류라는 네 가지 기본 물리량의 조합으로 표현될 수 있다는 자연의 심오한 단순성을 발견하게 될 것이다.

측정 방법을 명시하거나 다른 측정값으로부터 계산하는 방법을 명시하여 물리량을 정의한다. 예를 들어, 거리와 시간은 측정 방법을 명시하여 정의하고, 평균 속도는 이동 거리를 이동 시간으로 나눈 값으로 계산한다고 명시하여 정의한다.

물리량 측정은 표준화된 값인 단위(unit)로 표현된다. 예를 들어, 물리량인 육상 경기의 길이는 단거리 선수의 경우 미터 또는 장거리 선수의 경우 킬로미터 단위로 표현할 수 있다. 표준화된 단위가 없다면 과학자들이 측정값을 의미 있는 방식으로 표현하고 비교하기가 매우 어려울 것이다.

전 세계에서 사용되는 단위계는 크게 두 가지로 SI 단위(미터법)와 영국식 단위(관습법)이다. 영국식 단위는 역사적으로 대영제국이 통치하던 나라에서 사용되었으며, 미국에서도 여전히 널리 사용되고 있다. 현재 전 세계 거의 모든 국가에서 미터법을 표준으로 사용하고 있으며, 미터법은 과학자와 수학자들이 합의한 표준 체계이기도 하다. ‘SI’라는 약어는 프랑스어 Système International에서 유래했다.

다음 표에 기본 SI 단위가 나와 있다. 여기에서는 수은 밀리미터(mmHg) 단위의 혈압 측정과 같이 매우 일반적으로 사용되는 몇 가지 응용 분야에서 SI 단위를 사용하지 않는다. SI 단위를 사용하지 않을 때마다 변환을 통해 SI 단위와 연결한다.

표. 기본 SI 단위

어떤 물리량은 다른 물리량보다 더 근본적이며, 가장 근본적인 물리량은 측정하는 절차의 관점에서만 정의할 수 있다는 것은 흥미로운 사실이다. 따라서 측정하는 단위를 기본 단위라고 한다. 여기에서는 길이, 질량, 시간, 전류를 기본 물리량으로 간주한다. 힘과 전하와 같은 다른 모든 물리량은 길이, 질량, 시간, 전류의 대수적 조합으로 표현할 수 있으며(예를 들어 속도는 길이를 시간으로 나눈 값), 이러한 단위를 파생 단위라고 한다.

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