CGS-Einheitensystem
Das CGS-Einheitensystem (auch CGS-System, cgs-System bzw. schlicht CGS oder cgs) ist ein metrisches, kohärentes Einheitensystem basierend auf den Einheiten Zentimeter, Gramm und Sekunde. Die CGS Einheiten der Mechanik lassen sich eindeutig aus diesen Basiseinheiten ableiten, es existieren jedoch mehrere konkurrierende Erweiterungen des CGS-Systems für elektromagnetische Einheiten.
Das CGS-System wurde 1874 von der British Association for the Advancement of Science eingeführt und 1889 durch das MKS-Einheitensystem, basierend of den Basiseinheiten Meter, Kilogramm und Sekunde, abgelöst. Das MKS wurde seinerseits um die elektromagnetische Basiseinheit Ampere erweitert (dann häufig als MKSA-System bezeichnet) und ging schließlich 1960 im Système International d’Unités (SI) auf, welches heute zusätzlich die Basiseinheiten Mol, Candela und Kelvin umfasst. Auf den meisten Feldern ist das SI das einzig gebräuchliche Einheitensystem, es existieren jedoch Bereiche, in denen das CGS – insbesondere dessen erweiterte Formen – noch Verwendung findet.
Da CGS und MKS (oder das SI im Bereich der Mechanik) auf dem gleichen Größensystem mit den Basisgrößen Länge, Masse und Zeit fußen, sind Umrechnungen zwischen diesen Einheitensystemen recht trivial. Vereinfachend kommt hinzu, das beides metrische Systeme sind und damit nur Umrechnungsfaktoren in Potenzen von 10 auftreten, wie es sich ausgehend von den Beziehungen 100 cm = 1 m und 1000 g = 1 kg ergibt. Ein Beispiel: Für die Kraft ist die abgeleitete CGS Einheit das Dyn (entspricht 1 g·cm·s−2) und die abgeleitete MKS Einheit das Newton (entspricht 1 kg·m·s−2). Damit lautet die Umrechnung schlicht 1 dyn = 10−5 N.
Auf der anderen Seite sind Umrechnungen zwischen elektromagnetischen Einheiten des CGS und denen des MKSA recht umständlich. Während das MKSA hierfür das Ampere als Einheit für die elektrische Stromstärke einführt, benötigt keine der Erweiterungen des CGS eine weitere Basiseinheit. Stattdessen werden die Werte der elektrischen und der magnetischen Feldkonstante per Definition als dimensionslose (einheitenlose) Zahlen vorgeschrieben. Mit diesem Kniff lassen sich alle elektromagnetischen Einheiten auf die drei rein mechanischen Basiseinheiten zurückführen. Allerdings ändern sich dadurch nicht nur die Dimensionsprodukte jener abgeleiteter Einheiten, sondern auch die Form von physikalischen Größengleichungen der Elektrodynamik (siehe z.B. Maxwell-Gleichungen). Es gibt damit keine Eins-zu-Eins Entsprechung zwischen den elektromagnetischen Einheiten des MKSA (bzw. des SI) und des CGS, die Umrechnungen beinhalten neben einem reinen Zahlenfaktor eben auch die obigen, im CGS eingesparten Feldkonstanten.
Weiterhin ist die Festlegung der Feldkonstanten auf unterschiedliche Werte möglich, was zu vier verschiedenen Ausprägungen des CGS-Systems führte:
- das elektrostatische esu (electrostatic unit),
- das elektromagnetische (Emu),
- das gaußsche und
- das Heaviside-Lorentz-Einheitensystem.
Nennenswerte Bedeutung hat heute nur noch das gaußsche CGS-System, insbesondere meint die Bezeichnung „CGS Einheit“ meist speziell eine gaußsche CGS-Einheit. Das Prinzip der Festschreibung von Naturkonstanten (statt der Einführung von Basiseinheiten) lässt sich auch auf andere Bereiche der Physik übertragen und hat Entwicklung weiterer Einheitensysteme wie dem atomare Einheitensystem geführt. Auch das SI setzt in seinen jüngeren Inkarnationen auf diese Methode; im Gegensatz zum CGS und anderen Einheitensystemen beraubt man Naturkonstanten jedoch nicht ihrer Dimension und die bisherige Basiseinheiten werden weitergeführt.