好久沒寫問答了，今天偶然看到這個問題，翻看一下，竟然沒有科學領域的作者留下專業的回答。不知道是不是他們都覺得這個問題太簡單了，畢竟只是一個國中物理的內容，然而在我眼里這個問題雖然簡單，但是普適的。我們經驗中的所有機械、大到宇宙、小到量子都符合杠桿原理。下面就來詳細說說。

什么是杠桿？

這有什么好說的嗎？給我一個支點，就能撬起整個地球，阿基米德的這句話盡人皆知。最簡單的杠桿就是跟不容易發生形變的橫梁再加上一個堅固的支點，它的特點是，垂直作用于桿兩端的作用力與該端到支點距離的乘積相等（或者是力與力到作用點的垂直距離的積），用數學表示就是F1×L1=F2×L2。

杠桿的用途

我們日常生活中處處都有杠桿的影子，毫不夸張地說，有機械的地方就有杠桿的存在。比如撬棍、起釘子的八路，扳手、螺絲刀、瓶起子、蹺蹺板、桿秤等等，這些是杠桿原型的直接應用。還有一些杠桿的變形、比如滑輪組、從井里提水的轆轤、腳踏車的鏈條傳動系統、汽車發動機的曲軸都是杠桿的應用。

其實所有的旋轉也要用到杠桿原理，比如車輪、門軸等等。可能有小伙伴會奇怪，車輪旋轉哪里用到杠桿原理了能，支點在哪？其實車輪是有一個虛擬支點的，那就是車輪圓心處。真實的車軸不可能是一根沒有粗細的線，必然是一根有直徑的圓棒，車軸的中心與車輪的圓心重合。車軸邊緣與車輪邊緣就形成了一個杠桿。所以為了減少車軸的摩擦力，就會在車軸和車輪之間裝上軸承。

這里小結一下，所有的傳動機構都是杠桿原理或者是杠桿原理的推廣應用。因為這些都是常見的杠桿機械，大家也容易理解和分析，這里就不多解釋了。我們來看一下其它的杠桿變形。

杠桿與宇宙

前面我們把杠桿用數學公式表示出來了，即，F1×L1=F2×L2，這是國中物理的杠桿表達式，到了高中物理我們就知道力與力臂的乘積叫做力矩，這個力矩，對天體運行的影響巨大。以我們的月球為例，我們現在都知道，月球總是以固定的那面對著地球，其原因就是自轉周期與公轉周期相等。這在天文學上叫做潮汐鎖定。

潮汐鎖定（或同步自轉、受俘自轉），其根本原因就是地球和月球都不是一個標準的球體，當月球圍繞地球公轉并且自轉時，如果自周期與公轉周期不相等，則月球受到地球引力對自轉軸產生的力矩就不為零。結果就是這個力矩讓月球越轉越慢，直到自轉與公轉同步。

其實同樣的事情也發生在地球和宇宙中所有的天體上，地球同樣在越轉（自轉）越慢。

杠桿與量子力學

我這里的杠桿不再是傳統意義上的杠桿，而是數學抽象的那個杠桿，即有一對物理量的乘積恒等，在量子力學中就是量子糾纏的動量。我們可以讓兩個電子發生相互作用，它們就會沿著直線分開，不論任何時候，我們測量其中一個電子的動量（質量與速度的乘積）都會知道另外一個電子的動量與測量值大小相等方向相反。

這樣的物理量在量子力學中還有很多。你可能會問，為什么在宏觀和微觀中都會出現這種物理量的現象呢？這是因為物理定律的對稱性導致的。關于對稱性我們不多說了，跑題了。

結束語

如果我們把杠桿的概念展開，事實上杠桿原理幾乎能解決我們日常生活中遇到的所有問題，從鐘表（儀器）中的擺線齒輪、再到用尺規作圖，背后其實都是杠桿原理。這個看似簡單的原理其實蘊含著深刻的空間、時間、運動的規律。

有小伙伴可能會說，老郭你就不要故弄玄虛了，把這么一個簡單原理弄那么復雜干什么？事實上并不是我要把它弄復雜，而是大道至簡，物理學的是樸素的，但它能解決的問題可不簡單。