물리량

물리량(物理量, physical quantity)은 자연에 존재하는 양 중 숫자를 매겨 측정할 수 있는 양을 일컫는다.

기본적으로 물리량은 측정 방식이나 단위, 좌표계에 따라 고유한 값(크기, 방향 등)이 변하지 않는다. 단지 표현하는 방식은 여러 가지가 나올 수 있을 뿐이다.

물리량의 방향성

스칼라

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스칼라(scalar)는 크기는 있지만 방향성이 없는 물리량이다.

벡터

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벡터(vector)는 크기와 방향이 있는 양을 말한다. 원래 벡터란 수학에서 사용하는 개념인데, "물리적 공간"에서 표시되는 양과 벡터의 대수적 특성이 들어간 형태라고 볼 수 있다.

단위

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측정된 물리량을 표시하는데에는 단위가 필수적이다. 물리량을 "변수"로 본다면, 단위는 특정한 "상수"라고 할 수 있다. 여기서 말하는 상수는 모두가 공통으로 사용할 약속된 값으로, 오차를 최소화할 수 있는 형태로 정의한다.

세계적으로 가장 널리 사용되는 표준은 SI 단위이다.

한 가지 물리량을 표시하는 단위에는 여러 가지가 있다. 길이를 예를 들면 SI 표준인 미터(m)부터 센티이터(cm), 밀리미터(mm), 옹스트롬(Å), 킬로미터(km), 광년, 파섹까지 다양하게 널려 있다. 물리량의 '크기'는 원자 단위의 매우 작은 것에서 우주 스케일까지 넓게 분포해 있기에, 상황에 따라서 "(어떤 단위)의 몇 배"를 표기할 때 적절한 숫자로 유연하게 사용할 수 있다.

물리량의 차원

차원은 물리량의 특성을 분류하는 지표로, 차원이 같은 물리량끼리 덧셈과 뺄셈, 대소 비교를 할 수 있다.

어떤 물리량 사이의 관계식을 추정할 때 차원 분석을 이용한다.

어떤 것은 무차원, 즉 차원이 없는 양도 있다. 대표적으로 개수나 횟수를 나타내는 값이 있다. 각도의 경우 '원호의 길이와 원의 반지름의 비'로 정의하므로 역시 차원이 없는 값이다. 이 경우 차원 표시는 1이다.

특이한 예로 '몰수'가 있는데, 몰(mol)은 원자/분자의 '개수'를 나타내는 단위인데 차원이 있는 값으로 분류한다.

아래는 단위와

물리량	SI 단위	단위 기호	차원
길이	미터	m	L
시간	초	s	T
질량	킬로그램	kg	M
전류	암페어	A	I
온도	켈빈	K	Θ
물질량	몰	mol	N
광도	칸델라	cd	J
각도	라디안	rad	1

곱셈 결합 관계

물리량은 기본이 되는 물리량들의 곱 또는 비로 나타낼 수 있다. '기본'을 구성하는 집합 내에서는 각 원소가 다른 원소들의 조합으로 표현할 수 없다. 바로 위 문단의 표에 나열된 물리량들이 이 집합을 이룬다.

SI 단위 체계에서는 구체적으로 아래와 같이 살펴볼 수 있다.

• 먼저 길이(L)를 이용해서 나타낼 수 있는 것들로 면적(L²), 부피(L³), 파수(L^-1)가 있다.
• 시간은 길이의 거듭제곱으로 나타낼 수 없으므로 시간은 길이와 함께 기본 물리량의 집합에 들어간다. 진동수(T^-1), 속도(LT^-1), 가속도(LT^-2), 등은 길이와 시간을 이용해서 나타낼 수 있다.
• 질량은 위 두 요소를 이용해서 나타낼 수 없으므로 새로운 기본 물리량에 속하게 된다. 밀도(ML^-3), 힘(MLT^-2), 에너지(ML²T^-2) 등은 질량을 포함하는 양들이다.
• 역학에서 다루어지는 물리량들은 길이, 시간, 질량으로 나타낼 수 있고, 차원 표기도 L, T, M 세 개로 써진다.
• 전자기학에서는 전류 차원(I)이 더해지고, 전하량, 전기장, 자기장 등은 전류의 차원을 포함한다.
• 열역학에서는 온도 차원(Θ)이 추가된다. 몰 단위 입자를 다룰 때에는 물질량도 다루어진다.
• 광도의 단위와 차원은 과학에서 사용 빈도가 낮은 편이다.

물리 상수

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물리 상수는 자연의 물리량 중 언제나 같은 값을 가지는 것들이다. 광속, 중력 상수, 플랑크 상수, 볼츠만 상수 등이 대표적이다.