物理の単位変換とは？
単位とは物理量を測るための基準の大きさで、単位変換とはある基準を別の基準と比較する算術です。1960 年以来の国際標準は国際単位系（SI）で、メートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、モル、カンデラの 7 つの基本単位を中心に組織され、他のすべての単位は乗除でそこから導かれます。一貫性のある単位系では、量の積や商が単位の積や商を与えるため、J = N·m の式に魔法の定数を挟まずに済みます。CGS のような非一貫系はそうした定数を挟みます。歴史的には有用でも実用には厄介です。このパネルはすべてを SI の係数で保持します。各単位は 1 つの数（SI 基準への換算係数）として保存され、答えはすべて unit_in_SI ÷ unit_out_in_SI で、書式は表示層が扱います。
SI が量ごとに 1 つの基本単位を与え、パネルがその他すべてを係数として与えます。1 km ＝ 10³ m、1 パーセク ＝ 3.0857×1016 m、1 電子ボルト ＝ 1.602×10−19 J。換算係数こそが変換の物理のすべてで、残りは書式にすぎません。
長さ — オングストロームからパーセクまで
パネルの 16 個の長さの項目は約 26 桁に及びます。オングストローム（10−10 m、化学結合と原子間隔のスケール）からパーセク（3.0857×1016 m）まで。メートルが実用の SI 単位で、他はすべて固定係数の付いた命名規約です。同じ規模の中でも、分野ごとに実用単位は違います。可視光の波長にはナノメートル（400-700 nm）、細胞生物学にはマイクロメートル、機械工学にはミリメートル、日常の物にはセンチメートル、地理にはキロメートル。人間から地球、銀河へというスケールでは、天文単位（1 AU ＝ 1.496×1011 m、地球‐太陽距離として厳密に定義）と光年（1 ly ＝ 9.461×1015 m、光がユリウス年で進む距離）が太陽系と最寄りの星をつなぎます。パーセクは職業天文学の単位で、1 AU が 1 秒角の視差を持つ距離として定義されます。1 pc ≈ 3.26 ly ≈ 206,265 AU。
質量 — ヨクトグラムから太陽質量まで
12 個の質量の項目が量子から天文学までをカバーします。化学には原子質量単位（1.661×10−27 kg、1 ダルトン、核子 1 個の質量）、分析化学にはマイクログラムとミリグラム、日常にはキログラム、工業量にはトン、そして 1959 年から 453.59237 g と厳密に定義された常衡ポンド（0.4536 kg）、星には太陽質量（1.989×1030 kg）。カラット（厳密に 200 mg）は宝石の質量単位、スラグ（14.594 kg）は、F ＝ ma が余分な係数なしでポンド重で成り立つヤード・ポンド法の質量単位です。米慣用単位で作業する必要があるなら便利です。なお「重量」は技術的には力であって質量ではありません。1 キログラム重は 9.81 N です。このパネルは両者を混同しません。ここの項目はすべて kg の質量です。
エネルギー — ジュール、eV、カロリー、BTU、kWh
エネルギーの列は、量子（電子ボルト、1.602×10−19 J）から工業（キロワット時、3.6×106 J）までの隔たりを渡ります。SI 単位はジュール（1 J ＝ 1 N·m ＝ 1 kg·m²/s²）。電子ボルトは自然な原子スケールの単位（電子が 1 V を横切って得る運動エネルギー）、カロリー（熱化学で 4.184 J）は栄養表示に生き残り、英熱量（1 BTU ≈ 1,055 J）は空調の評定と木のマッチ 1 本分のエネルギーに残り、kWh は電気代に現れます。E ＝ mc² が質量とエネルギーを直接つなぎ、1 kg の質量は 8.988×1016 J を持ち、世界経済全体を数秒動かせます。食品の Calorie（大文字に注意）は実際はキロカロリー（1,000 cal ＝ 4,184 J）です。
圧力 — パスカル、atm、bar、mmHg、psi
圧力は、気象学（水銀柱ミリメートル mmHg とミリバー）、工学（平方インチあたりのポンド psi）、物理学（パスカル、Pa ＝ N/m²）という 3 つの伝統で同時に育ったため、他のほぼどの物理量よりも単位が多いです。基準となる数値：1 atm ＝ 101,325 Pa（厳密） — もともとの SI 単位は「標準大気圧」でした。1 mmHg ≈ 133.322 Pa（標準重力での 1 mm の水銀柱の高さ）、1 bar ＝ 100,000 Pa（厳密）（実用的な切りのいい数で、1 atm よりわずかに小さい）、1 psi ≈ 6,894.76 Pa。mmHg から Pa への比こそが水銀気圧計を動かします。760 mmHg ＝ 1 atm。血圧は慣例で mmHg、大気圧は hPa（ヘクトパスカル、数値はミリバーと等しい）、タイヤ空気圧は psi で報告されます。
温度は特別
他のすべての量の変換は単一の乗法係数です。温度が例外で、その単位は倍率に加えてオフセットも異なります。目盛りごとに 0 の位置が違うからです。摂氏からケルビンへは 273.15 を加え、華氏からランキンへは 459.67 を加え、摂氏から華氏へは 9/5 倍して 32 を加えます。温度差を変換するには倍率だけを使います（1 K ＝ 1°C ＝ 9/5°F）。このパネルはカテゴリ固有の倍率とオフセットでこれを処理するので、100°C は 212°F と読めます（よくある間違いの 180°F ではなく）。温度差と温度を混同するのが、単位変換で最も多い単一のエラーです。
その他：角度、電荷、電圧、周波数
経験豊かな人でも引っかかる変換がいくつかあります。ラジアンと度は単に無次元なのではなく、同じ無次元です — 2π ラジアン ＝ 360°。どちらの単位でも円一周は長さ/半径の比で、純粋な数になります。だから角速度 ω はどちらの単位でも取れます。周波数は時間の逆数で、ヘルツ ＝ 1/s。電圧（クーロンあたりのジュール）と電荷（クーロン）は Q ＝ I·t で電流（アンペア）と結びます。電流の基本単位アンペアは毎秒 6.241×1018 個の素電荷として定義されていましたが、2019 年の SI 再定義では素電荷を固定値としアンペアを導く形に変わりました。このパネルは従来の工学係数を通して使っており、ほぼすべての用途で実用定義と 100 万分の 1 未満の精度で一致します。
よくある誤解
- 温度はインチとセンチのような別の目盛りにすぎない。温度の目盛りは倍率に加えてオフセットも持ちます。0°C ＝ 273.15 K であって 0 K ではありません。1 K の間隔は 1°C の間隔に等しいが、絶対温度は異なります。これを混ぜるのが熱を含む単位変換で最も多いエラーです。
- ポンドはキログラム。ポンドは常衡系の質量の単位（1959 年から厳密に 0.453 592 37 kg）、ポンド力（lbf）は力の単位（約 4.45 N）です。両者は g ≈ 9.81 倍違います。体重計はポンド質量を、ロケットエンジンはポンド力を報告します。どちらも自分の文脈では正しいのです。
- 重量 1 kg は 9.81 を掛けてニュートンに変換する。9.81 m/s² は標準の表面重力であって換算係数ではありません。質量 1 kg は海面でおよそ 9.81 N の重さがありますが、同じ質量はどこでも同じ数です。重さ（力）のほうが現地の g に依存します。
- 電子ボルトは電圧の単位。名前に反して eV はエネルギーの単位です。電子が 1 ボルトの電位を移動して得るエネルギー。1 eV ＝ 1.602×10−19 J。「eV」の中の「ボルト」は運動学的な便利さであって、力の単位ではありません。
関連ツール：これらの係数の基になる値は定数リファレンス、特殊な温度の実例は熱力学、次元解析の代数は電卓。
