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互联电网的技术难点在于，所有生产的电力都必须被同步到相同的旋转速率，即便它们可能相隔数百公里之遥。同步在这一点上至关重要。没有同步，电能会在网络中来回晃动，在输电线路中引起巨大的电流波动。最糟糕的情况是，发电机可能会吸引大量的能量聚集，导致爆炸或机组严重损坏。（现在已有特殊防护设备会断开不同步的发电机。）解决方案的一部分来自物理定律。电气工程师发现，并联的发电机具有天生的自同步倾向：这是关于自同步的一个绝佳例子，其精髓基于惠更斯的时钟同步现象。
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两台发电机自同步的情况最容易理解。如果它们以不同的速率旋转，速率慢的发电机就会从速率快的发电机那里吸收能量，最终慢的那台会加速，快的那台会减速，以弥补差异。用更专业的物理术语讲，任何引起一台发电机牵引另一台发电机的干扰，都会被立即流过的补偿电流所抗拒，于是产生了扭转力矩，使两台发电机的速率变得更加接近，及至相等。因此，两台发电机倾向于自同步。
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互联电网的缺点是故障会传递。这种多米诺效应十分复杂、无法预知，极具戏剧性。在1965年9月9日晚用电高峰期间，从尼亚加拉大瀑布到纽约市的高压电线正在满负荷运行，电力的洪流在电网中横冲直撞。但在下午5：15之前不久，保护装置失灵，阻塞了30万千瓦计划送往纽约的电力，这些电力立即被岔开到了电网中的其他地方，一个断路器跳闸后触发了连锁反应，将整个美国东北部的电力系统分隔成一个个孤立的电气岛。5：15多伦多停电；5：18罗切斯特停电；5：21波士顿停电。最终，位于新罕布什尔州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、罗得岛、纽约市以及宾夕法尼亚州部分地区遭遇了停电，3 000万人生活受到影响，其中部分地区停电长达13小时。
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偶尔有类似这样的连锁故障发生是可以理解的。电网是一个非常复杂的动力系统，承担的工作十分艰巨：即时提供需要的电力，其电压大小和频率必须正确。与其他产品不同，电力无法储存，它必须在现场生产，发电是最初的“分秒不差”的工业。使发电任务更为艰巨的是，用户对系统的需求取决于不可控制的因素，例如热浪和人的心理怪癖。当法官宣读完辛普森杀妻案(10)的判决书时，整个美国电网中的用电量迅速下跌，大概是因为数百万人一听到判决就关掉了电视机。现在，随着电力工业解除了管制规定，以及自由经济对于电网运行的潜在的不稳定影响，工程师和科学家面临着更大的挑战，必须确保有史以来最庞大的机器继续像过去几十年一样可靠地运行。
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在其他技术应用领域，同步被用于保持事物的有序性。一天中，两个或两个以上的远程位置的精确协议是达成电子银行转账、同步电视直播以及传送一切事物（从电子邮件到电台上的歌曲）的关键。当你收听一个广播电台时，你需要设置到正确的频率，使你的收音机与广播同步。没有这些，你就无法接收到承载着音乐的无线电波，除了静电的噪声，你什么都听不到。相同的原理也应用于手机、卫星通信以及所有其他形式的无线通信中。
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计算机芯片中的所有电子组件都是在相同的时钟频率下同步运行的。微电子晶体每秒振动数十亿次，一致地控制数字电路的开启和关闭，这有助于芯片中数以百万计的电路彼此高效地通信。这种集中化设计使得所有的组件都隶属于一个专制的主时钟，其中存在一些明显的缺点：15%的电路浪费在分配时钟信号上，而且时钟本身就会消耗20%的电能。但工程师们仍然倾向于这种设计，因为多个本地时钟就像萤火虫群和昼夜节律起搏器细胞一样，我们仍然未能充分理解并轻易地在实践中模仿。
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同步的高新技术应用是惠更斯摆钟和经度问题的嫡系后裔。今天，世界上公认的最好的计时装置是原子钟。与所有早期的时钟类似，它依赖于对周期事件振荡的计数。但原子钟计算的不是太阳的升起、水龙头的滴水，也不是钟摆的来回摆动，而是铯原子在两个能级之间的来回跃迁。国际时间标准，由科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究所维护的NIST-F1原子钟确定，它就是一台铯原子钟，运行2 000万年的误差不超过1秒。而目前正在开发的一个新的光学时钟的精度是这台铯原子钟的1 000倍。从宇宙诞生到现在，它的误差不超过1秒。
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对于精确计时的痴迷不仅仅是科学家一丝不苟的体现。正如精确的时钟是解决经度问题的关键，原子钟使得我们可以精确定位地球上的任意位置，误差不超过几米，这种技术被称为全球定位系统（GPS）。全球定位系统由美国军方开发，目的是使弹道导弹可以从潜艇上更准确地发射。1991年，全球定位系统成功引导巡航导弹射入巴格达的一栋楼房的窗户，并为联军部队在夜间的伊拉克沙漠中导航，从此，全球定位系统开始受到公众的关注。全球定位系统在和平时期的应用包括帮助迷路的出租车司机导航，应用于精细农业，自动为救护车和消防车计算最快的路径以提升911报警系统的能力。改良版的全球定位系统正在测试应用于大雾中的飞机盲着陆，在这种情况下，飞机在水平和垂直方向上的定位误差不能超过10厘米。但是，全球定位系统不仅仅是一个导航系统，它还可以将时间同步到万分之一秒以内，这对于协调银行转账以及其他金融交易非常有帮助。
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全球定位系统由在地球上空17 700千米的轨道上运行的24颗卫星组成，它们的排列使得在任何时刻，地球上的任意位置都至少可以看到6颗卫星。每颗卫星上都载有4台原子钟，彼此之间与博尔德的主时钟的同步误差不超过十亿分之一秒。任意全球定位系统接收机，例如你在汽车或手持设备上发现的那些，都会接收到（至少）4个卫星信号，并利用这4个数字来计算它的三维坐标和当前时间。计算依据的是三角测量的一种形式：卫星持续发射无线电信号，每个时间戳(11)都精确到纳秒（这是星载原子钟的时间）；然后由接收机对接收时间和发送时间进行比较，将二者的差值乘以光速便可计算出设备与卫星之间的距离。在同一时刻与至少4个卫星做相同的计算（我们已知所有卫星的精确位置），接收机在1/10秒内便可以完成对自身的定位，误差不超过几米。
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无生命的同步的力量延伸到了广阔的太空，范围远远超出了全球定位系统中的人造卫星。我们往往没有意识到宇宙尺度的同步，因为宇宙涉及高深莫测的距离和时间。但是，当天文学家发现了围绕格列泽876（Gliese 876）恒星运行的两个小行星时，他们注意到的第一件事是，两个行星都处于轨道共振状态。轨道共振仿佛优雅的舞蹈，在相同时间内，一个行星环绕它的恒星两圈，而另一个行星环绕一圈。地球的卫星——月球的情况则更为引人注目：月球自转的速度与围绕地球公转的速度相同，这也就是为什么我们总是只看到月球的同一侧，即有“人脸”图案的那一侧，而永远看不到“后脑勺”的黑暗一侧的原因（见图4-1）。
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图4-1 月球自转及绕地球公转示意图
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月球的公转与自转之间的同步可以直观地进行解释。为了简化问题，我们假设月球围绕地球公转的轨道是圆形的。圆的大小由两个力的平衡所决定：来自地球的万有引力和月球做圆周运动时产生的离心力，离心力使得月球有飞离地球的倾向。（当你乘坐汽车遭遇急转弯时，把你推向车门的力就是离心力。）这两种力，即引力和离心力，在月球的中心完美实现了平衡。但要记住的是，月球是一个巨大的球体，并不是一个点。月球中心以外的点的受力并不完全平衡。在月球的近地侧，引力更强；远地侧则离心力更强。这种不平衡造成了月球上有两个小凸起，一个在近地侧，一个在远地侧。地球上也是如此，月球的引力是导致海洋中产生潮汐的原因。在月球上，由于没有水，“潮汐效应”并不明显，但仍然很重要，正是它将月球从球形变成了雪茄的形状。由于地球的引力作用，雪茄总是想径直指向地球的中心。即使月球绕着地球转动，它也要固执地始终对准，同时，月球也在以一种非常精确的方式自转，它需要在地球的吸引下准确地旋转它的自转轴。这就是如今月球自己发现的运行条件：即所谓的1：1自转轨道共振，或称潮汐锁定。
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如果月球违背了这个共振条件，潮汐力就会将它扭回到对准地球的状态。想要了解其中的原因，我们可以先来假设雪茄没有指向地球中心的情况（见图4-2）。
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图4-2 月球绕地球公转受力图
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此时的情况有点像不指向北方的指南针：力场（对于指南针来讲是磁力，对于月球来讲是引力）施加了一个将雪茄恢复到平衡位置的校正力矩。具体而言，地球的引力向一个方向扭转月球近地侧的凸起，向相反的方向扭转远地侧的凸起，但是近地侧受到的扭转力要远强于远地侧，因为它距离地球更近。其效果就是对雪茄进行调整，使其强制执行1：1自转轨道共振。
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相比于指南针，一个更形象的比喻是我童年时的一个大受欢迎的玩具，即一个带有圆形底座头轻脚重的不倒翁；如果你试图打翻它，它会自动立起来。月球同样也是头轻脚重的，从这个意义上讲，它近地侧的凸起受到地球引力的作用更强，因此提供了必要的纠正扭矩将月球拉回同步。
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另一种形式的天文同步可能涉及恐龙灭绝。一个永远改变了地球上生命过程的事件，使得小型哺乳动物得以大量繁殖，并进化出了人类。根据路易斯·阿尔瓦雷茨（Luis Alvarez）和沃尔特·阿尔瓦雷茨（Walter Alvarez）父子研究小组以及他们的团队提出的理论，恐龙和许多其他形式的生命突然灭绝是因为某个巨大的物体——也许是一颗小行星，也许是一颗彗星，在约6 500万年前撞击了地球。撞击的破坏力相当于1亿颗氢弹，大火、闷热的天气、有毒的酸雨、遮天蔽日的灰尘和烟雾持续数月，造成了全世界的毁灭。
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为了了解这样的灾难为何与同步相关，我们首先需要了解为什么陨石偶尔会从天空坠落，撞击我们的星球。这些流星被认为是太阳系早期造星失败后的遗留物。那时，尘埃粒子围绕太阳旋转，逐渐合并成巨石，进而聚集成为越来越大的星体，最终形成了我们今天看到的行星。
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由此产生了太阳系最显著的特征之一，即内行星（水星、金星、地球和火星）与下一颗更远的行星——巨大的木星之间的空隙。大多数人对这些星球之间的距离缺乏直观的认识。这些距离似乎高深莫测，难以理解。但我们还是可以在纽约伊萨卡岛感受一下。多亏了一个被称为“萨根行走”（Sagan Walk）的太阳系同比模型，这个名字是为了纪念已故的卡尔·萨根（Carl Sagan），他在康奈尔大学度过了自己大部分的职业生涯。漫步在当地的小镇上，从广场中央的太阳开始，你会立即遇到四颗内行星，每颗约有豌豆大小，分别安装在它们各自的有机玻璃展示架内部。只需几步就可以从一颗走到下一颗，从水星到火星只需要一次短暂的漫步：所有的内行星都在同一个广场上。但要抵达下一个行星，你必须离开下议院沿着大街走几分钟到麋木餐厅，木星就守候在那里。为什么内行星与木星之间有如此巨大的空隙呢？
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