獨立存在的全部自然是由兩種東西構成的，一是物體，二是物體存在于其間、運動于其間的虛空。

在討論參照系和坐標系的時候，我們談到了物體的運動。就目前的認知水平而言，所謂運動指的是機械運動，它是最早被引入物理學領域的一種運動形式，研究物體的空間位置及其改變。物體的機械運動發(fā)生在三維空間中，空間這個概念反映了物質運動的廣延性，是物理學的第一個基本概念。牛頓在他創(chuàng)立的經(jīng)典力學體系中首次對空間這個概念給出了一個明確的定義，認為空間是獨立于一切事物的客觀存在，空間的尺度與觀測者的運動狀態(tài)無關。這個定義在 19 世紀末 20 世紀初遭遇了嚴峻的挑戰(zhàn)，最終被后來的相對論理論所摒棄。

對空間的量度得到的結果就是空間的尺度，它是物理學的第一個基本物理量。一般會在兩種意義下使用空間的尺度這個概念，它可以表示空間中兩點之間的間隔，在這個意義下，空間的尺度常被稱為距離；空間的尺度這個概念也可以表示一個物體在某個方向上的延伸，在這個意義下，它通常被稱為長度。其實，這兩種意義是相容的，當我們測量一個物體的長度時，其實就是測量這個物體所占據(jù)的空間的尺度，即空間中兩點之間的距離。對距離或者長度的測量一般通過與某個長度基準做比較來進行，我們最熟悉的長度基準，或者說長度的基本計量單位是米 (m) 和厘米 (cm)，國際上對這個基準曾經(jīng)做過三次正式的規(guī)定。

19世紀下半葉，隨著歐洲各國工業(yè)化程度越來越高，國與國之間的交往越來越頻繁，建立一個不屬于任何國家、不受時代限制、適用于全球范圍的測量系統(tǒng)迫在眉睫。1875年5月20日，17個國家共同簽署了一項以 “米制” 為基礎的國際公約，為達成上述目標奠定了基礎。在這個公約的基礎上，為了維護國際單位制而設立了一個國際機構：國際計量大會。

國際計量大會于 1889 年召開首屆會議，通過了對長度單位 “米” 的定義，將保存在法國國家計量局的一根鉑銥合金棒在攝氏零度時的長度定義為 1 米，這是長度的實物基準。但是，實物基準的精度極其有限，而且很難保證不隨時間改變，也很難防止在意外事件中遭到損毀。1960 年，第 11 屆國際計量大會決定采用 Kr?? 原子發(fā)出的橙黃色光的波長的 1650763.73 倍來定義米，這是長度的自然基準，它的精度達到 4×10??。1983 年，第 17 屆國際計量大會對長度的基準做了新的規(guī)定，把 1 米定義為光在真空中于 1/299792458 秒內傳播的距離，這是長度的物理常數(shù) (光速) 基準。

在上面的討論中，我們首次引入了數(shù)值的一種新的表示方法：科學記數(shù)法。人類認識的自然界范圍極其廣闊，所涉及的物理量的數(shù)值相差懸殊，通常使用的表示方法很難表達清楚，因此，在科學研究中通常采用一種被稱為 “科學記數(shù)法” 的表示方法來標記測得的物理量的數(shù)值?？茖W記數(shù)法把物理量的數(shù)值寫成一個絕對值大于 1 小于 10 的數(shù)與一個 10 的冪次相乘的形式：

在科學研究中，數(shù)量級的概念常常起著舉足輕重的作用。盡管技術的發(fā)展已經(jīng)使物理量的測量達到很高的精度，然而，在理論研究中為了建立恰當?shù)睦碚撃Ｐ停趯嶒炘O計中為了選擇合適的實驗儀器和測量方法，常常需要首先估計所涉及的物理量的數(shù)量級。因此，對數(shù)量級的估計成為科學研究中非常重要的一種手段。

今天，我們對大自然中各個層次的事物都已經(jīng)有了不同程度的認識。到目前為止，人類的探測手段能夠探測到的最小尺度的物體是質子，它的半徑可以通過粒子的散射過程估算出來；世界上最大的望遠鏡所能觀測到的最遙遠的星系代表了觀測宇宙的邊界，也是人類能夠探測到的最遙遠的距離。在這兩個極端之間，人類對各種尺度的事物的運動規(guī)律已經(jīng)有了一個比較準確的認識。下面的表格列出了一些具有代表性的物體的尺度所代表的數(shù)量級。

我們看到，在人類活動力所能及的各個領域內，空間的尺度跨越了42 個數(shù)量級。通常將原子尺度以下的客體叫做微觀系統(tǒng)，與人體尺度相當?shù)目腕w叫做宏觀系統(tǒng)，對于天體尺度以上的巨宏觀系統(tǒng)，有時也會將其稱為宇觀系統(tǒng)，而尺度為 10?? 米的準宏觀系統(tǒng)在低溫下會表現(xiàn)出微觀客體的特性，因而將其稱為介觀系統(tǒng)，對介觀系統(tǒng)的研究構成新一代微電子器件的理論基礎。