从本质上来看，汽车是一种把势能转化为动能的机器。在内燃发动机中，势能表现为化学能，这种能量储存在汽油分子中。在电动汽车中，势能来自电化学电池。而油电混合动力汽车既装有内燃发动机，又配有电动机 ，这种汽车的设计目标是将两种能源的优势最大化，同时让其劣势最小化。燃油汽车加满一箱油后可以跑很远的距离，但这种汽车的每公里油耗指标不理想，还会产生有害气体。电动汽车则更加环保、高效，但是每次充满电后的行驶距离有限，因为其电池的能量密度较低。如果只考虑正常情况下的驾驶需求，汽车只要装一个小型发动机就可以了（这样的发动机在油耗方面效率更高）。但是，如果车辆需要在高速路上加速或者爬陡坡，小型发动机将无法为车辆提供足够的动力。上述情况虽然不常有，但却是驾驶者可能遇到并且必须应对的重要情况，因此，为了让这种更小、更高效的发动机在特殊情况下仍能产生足够的动力，油电混合动力汽车把以电池供能的电动机作为次要能量来源。这样一来，油电混合动力汽车不仅靠更高效的发动机降低了每公里油耗，而且还不用以牺牲加速性能为代价——因为在车辆加速的时候，电动机可以起到辅助作用。

然而，站在一名物理学家的角度看，每辆汽车都是靠电能驱动的。不管让车轮转动的能量来自哪里，从本质上来看，电动汽车、燃油汽车，甚至是靠蒸汽机驱动的古董车，它们的能量归根结底都来源于电。

在正常情况下，原子是电中性的（既不带正电荷，也不带负电荷）。然而，电中性的原子之间是不能形成化学键的。如果我们让两个原子靠得非常近，它们的电子旋转轨道就会发生重叠。带负电的电子会互相排斥，使得两个原子彼此远离并且各自独立。要想让两个原子结合在一起形成一个分子，就必须克服这种排斥力，因此必须找到一种额外的吸引力来抵消电子之间的排斥力。原子间的所有键都依赖于电所产生的吸引力，这种吸引力能让两个原子保持“在一起”的状态。在一个汽油分子中，原子之间的键叫作“共价键”，共价键通常来说非常牢固，想让共价键断裂，就必须施加相当大的能量。当汽车发动机中发生燃烧反应时，汽油分子的碎片会重新组合起来，由于共价键的强度很大，所以这个过程会释放出相当大的能量。

还有一种化学键叫作“离子键”，电池中储蓄的能量就来自离子键。如果原子所带的电子数目比正常数目少或者多，原子就变成了“离子”。在一个“阳离子”中，绕原子核运动的带负电的电子数目少于原子核中带正电的质子数目。如果电子的数目大于质子的数目，我们就会得到一个“阴离子”。电池是一种靠离子来产生电压的设备。一个典型的电池可以让离子在两个金属棒之间移动 （这两个金属棒被称为“电极”或者“终端”）。电池的两个电极通常都浸泡在某种液体中，这种液体可以是酸性的（比如硫酸），也可以是碱性的（通常是氢氧化钾） ，它使电池一极上的原子带上电荷，从而形成离子。如果我们选择适当的金属作为电极，再选择合适的化学液体，就可以让带负电的离子堆积在一个电极处，而让带正电的离子堆积在另一个电极处。我们在液体中放置一个起分隔作用的挡板，让离子待在相应的电极处，并防止阳离子与阴离子在液体中互相结合放电。当我们用一根导线把电池的两极连在一起时，导线两端的电势差使得导线中的电子远离电池的阴离子极，而流向阳离子极。于是，这根导线中就产生了电流。我们可以利用这种电流来做机械功，比如驱动一个电动机。

当我们利用电池在电路中产生电流时，电极中存储的离子就会发生移动，而电池液中的化学反应可以继续为电池的两极提供正负电荷。但最终，电池液中的反应物会耗尽，到那时，电池将无法继续保持额定电压，这个电池也就“没电”了。幸运的是，今天的电动汽车配备的都是可充电电池。

用电池来存储电能的另一个局限性在于，电池的金属电极能够容纳的带电离子数量是有限的，这是把电池作为汽车的唯一能量来源的一个很大的劣势。和电池的能量密度相比，存储在汽油分子化学键中的能量密度要大得多。我们要做的就是用某种方式获取这些能量，并用这些能量来驱动汽车。

一个典型的汽车发动机通常有4~8个气缸，每个气缸的顶部都有一个洞，与一根管子相连，通过这根管子可以向气缸注入各种不同的化学蒸气。气缸的侧壁非常坚固，顶部是固定的，底部是一个可以上下滑动的金属板（这个金属板被称为“活塞”） 。一个燃烧周期共有4个步骤 ，前两个步骤是向气缸中注入汽油蒸气和氧气，并向上推动活塞，压缩气缸中的汽油蒸气和氧气的混合物。被压缩的汽油分子和氧分子温度升高，具有更大的动能。当温度足够高的时候，汽油分子就会与氧分子发生化学反应，表现为燃烧现象，此时混合蒸气的温度恰好比这个临界温度低一点儿。当燃烧周期的第三个步骤开始时，发动机会为上述系统提供一个触发能量，这种触发能量的具体形式是：火花塞产生电弧，点燃高温的汽油蒸气。随着燃烧反应的发生，汽油分子中的化学键断裂，形成新的化学键。这一系列过程的结果是：反应后的化学物质的动能比燃烧之前要高得多。这些速度更快的分子冲击气缸内壁，施加给活塞一个强大的压力，推动活塞向下运动。在燃烧周期的第四个步骤，混合蒸气（包括被点燃的汽油与氧气的混合物，以及气缸中未反应的汽油蒸气）被推出气缸，通过另一根管子以尾气的方式被排放掉，此时气缸回到初始状态。

当我们驾驶汽车的时候，汽车的发动机不断重复上述4个步骤，活塞上下滑动的动能通过一种设计巧妙的机械联轴器转化为汽车行进的动能。在汽车中，有一根杆一头连接活塞顶部，另一头与一个圆盘的边缘相连。活塞推动这根杆上下运动，杆驱动圆盘旋转，圆盘又使车轮滚动起来。

为什么汽油的燃烧会产生能量？一个汽油分子中包含一条碳原子链 ，这些碳原子通过共价键连接在一起，就像一根手链上的珠子一样，而氢原子则通过化学键与碳原子相连。如果一个分子中所有成键原子的总能量低于这些原子本身的能量之和，这个分子就是稳定的。这种较低的结合能来自于各原子内电子的量子力学作用，在结合能的作用下，共价键分子中的原子就能连接在一起而不分离。如果向分子提供一个比上述结合能更大的能量，分子就可能被“打散”为许多分子碎片。这些分子碎片会与其他原子结合，产生新的分子。新分子的能量低于各个原子分开时的能量之和，随着新分子的形成，这些原子进入了一个势能更低的新状态，这个过程所释放出的能量会加快化学物质的反应速度（使这些物质的动能增加），增加的这些动能就叫作“热”。发生燃烧反应时，不同的分子会释放出不同数量的动能。20世纪初，四冲程燃油汽车之所以能够最终取代蒸汽机汽车以及电动汽车，原因之一就在于，在质量相同的前提下，汽油是能量密度最高的燃料之一。

在某些混合动力汽车中 ，电动机和汽油发动机同时工作，一起为汽车的运动提供动能。还有一些混合动力汽车则采用另一种设计：在同一时间内，要么电动机工作而汽油发动机不工作，要么汽油发动机工作而电动机不工作。当汽车发动的时候，电动机负责供能；随着汽车达到巡航速度，汽油发动机取代电动机为汽车供能。有的混合动力汽车靠汽油发动机驱动发电机，再让发电机给电池充电；有的混合动力汽车是在每次刹车时对电池进行充电。在后一种情况下，车轮的转动动能被转移到发电机上，发电机再给电池充电。不管采用上述哪一种设计，这些混合动力汽车的电池都不需要连接外部电源就能够充电。

GPS通过和卫星交互来判断你的准确位置 。这类定位卫星处于中地球轨道上，距离地球表面约有12 600英里 远，绕地球一周大约需要12个小时。目前，有32颗这样的卫星正在围绕地球运行 。不管你身在什么地方，你都会至少处于4颗卫星的无线电联络范围内。这些卫星周期性地发射无线电波，任何接收器都可以通过接收这些无线电波来获知卫星发送信号的时间和地点。你的GPS就是一台这样的接收器。你的GPS能够侦测到这些卫星信号，并根据卫星发射这些信号的时间来计算信号每次到达所用的时间。一旦知道了信号的传输时间和传输速度（无线电波是光的另一种形式，因此信号的传输速度等于光速），你的GPS就能够计算出它与该卫星的相对位置。然后，你的GPS又可以根据同样的原理计算出它与另外两颗卫星的相对位置。通过比较三颗不同卫星所发射信号的传输时间，以及你的GPS与这三颗卫星的相对位置，GPS就能够准确地判断出你的位置 。一旦确定了你的位置，GPS中存储的地图程序就能够指导你如何到达目的地。

对这些卫星信号的计时越准确，你对所在位置的判断也就越精确。由于光速非常快，在计时方面的微小误差可能会导致定位上的巨大误差。时钟在一个远离巨大引力体（比如地球）的物体上（比如通信卫星）的运行速度会比在巨大引力体表面上的运行速度快一点儿。要想理解为什么引力会影响通信卫星上时钟的运行速度，我们必须先学习爱因斯坦的广义相对论 。爱因斯坦的广义相对论是一种关于引力的理论。不管你使用的是汽车仪表盘上的导航系统，还是智能手机中的定位装置，它们都属于GPS。GPS之所以能够准确地完成定位任务，应该归功于爱因斯坦在理论方面做出的天才贡献。

对于引力效应，你应该再熟悉不过了。当你站在浴室的体重秤上时，你便会感受到引力的作用。体重秤之所以能够准确地测量出你的体重，是因为地心引力会向下拉你的身体，而体重秤需要对你的身体产生一个向上的推力来平衡这种引力。如果你身处外太空的一个封闭房间中，体重秤的读数将会是零。但是，如果我们借助外力让这个封闭房间加速运动（比如在房间的天花板上连接一根缆绳），你便不会继续失重地飘浮了，因为房间的地板会对你产生推力。所以，一旦这个房间天花板上的缆绳开始拉动房间做加速运动，房间里的体重秤便会显示出一个读数。爱因斯坦认识到，由于没有任何方法可以帮助我们判断体重秤上的读数究竟是来自引力，还是来自这根缆绳所提供的加速度，所以这两种作用力从本质上看必须是等效的。

引力来自有质量物体之间的相互作用，而加速度描述的是我们如何在时间和空间中移动。质量会使空间弯曲，也会使时间弯曲，从而改变我们的运行轨道。

地球的质量非常大，这种巨大的质量会使地球周围的时间和空间发生弯曲。想象有一张很薄的蹦床，四周被固定并绷紧，然后我们在这张蹦床上放置一个保龄球。随着保龄球的下沉，蹦床会发生弯曲。如果一个质量很小的物体（比如围绕地球运转的GPS卫星）在这个保龄球附近运动，弯曲的蹦床将会改变这个物体的运动轨迹，因为这个物体必须在弯曲的蹦床表面运动。如果我们能够正确地设定这个较轻物体的速度，那么这个物体将会沿圆周轨道围绕保龄球运动。我们既可以认为该物体做圆周运动是因为它在一个曲面上运动，又可以认为这种圆周运动是引力作用的结果。根据爱因斯坦的广义相对论，这两种解释是等效的。理论物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒对这种情况做了如下注解 ：在广义相对论中，时空告诉物质如何运动，而物质告诉时空如何弯曲。

相对论会产生两种效应 ，这两种效应都会让GPS卫星上高度精确的原子钟失准。这些GPS卫星沿着地球运动，每12小时运动的距离多达104 000英里，相对于你所处的地球表面，这些通信卫星的运动速度非常快。因此，根据爱因斯坦狭义相对论中的时间延缓效应，我们可以预测GPS卫星上的时钟会比地球表面上的时钟的运行速度更慢。

时钟越接近有引力质量的地球，时间就会越慢。要理解这种现象背后的原因，我们需要思考空间如何在地球周围发生弯曲。当光接近地球表面时，在一定时间内光的运动距离会变长。因此，要想让光以同样的速度经过这段更长的距离（相对论的一个核心原则是：光在真空中的传播速度在任何地方都是恒定不变的），时间就必须在接近地球表面的地方慢下来才行。也就是说，作用在时钟上的引力越大，时钟的运转速度就越慢。如果我们知道地心引力的强度，我们就可以计算出GPS卫星上的时钟的运转速度比地球上的时钟的运转速度快多少。因此，在时钟的运转问题上，我们一共看到两种效应：根据狭义相对论，GPS卫星上的时钟比地球上的时钟运转速度慢；但根据广义相对论，GPS卫星上的时钟又比地球上的时钟运行速度快。这两种效应的大小并不相等，因此两种效应无法完全抵消。这两种效应所产生的结果是：由于引力作用，GPS卫星上的时钟比地球上的时钟运转速度快。这种时间上的偏差虽小，却是不能忽略的。如果我们不对这种时间的偏差进行修正，GPS系统的价值就值得我们怀疑了。

快易通系统 主要依赖于专用的无线电技术。事实上，车库门自动开关系统，无钥匙遥控进入系统，警察、军队以及某些紧急救灾人员使用的便携式对讲机也都是依靠专用的无线电技术工作的。你车上的快易通系统是一个靠电池驱动的小型接收器，而收费站中的装置则类似无线电天线。和便携式对讲机一样，不管是你车上的接收器，还是收费站中的天线，都能够发射以及接收无线电波。某些快易通系统的工作原理如下：收费站处会发射一道光束，当车辆驶过这道光束时，接收器和天线之间的“对话”便启动了。当行车道空着时，光束正好射到某个光电探测器上；而当车辆驶过收费站时，这条光束会被遮住，光电探测器接收不到信号，某个电路便被断开。这个电路的断开使得另一个电路被闭合，收费站的天线便向车辆中的快易通系统发出一系列信号，这样，收费站与车辆之间就建立起了无线电传输。

既然我们知道快易通系统、车库门自动开关系统以及便携式对讲机都主要使用专用的无线电技术，那么你很可能会提出这样一个问题：无线电的工作原理究竟是什么呢 ？无线电波的产生和烤面包机的电热丝发红的物理学原理其实是一样的。在烤面包机中，由于电热丝的温度上升，电热丝中的原子就会发生剧烈振动，从而发射出电磁波（因为变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生电流）。烤面包机的电热丝同时发射出红光和红外线，而如果电子振动的频率较低，就会产生无线电波。

物理学家用“光”这个词来描述任何形式的电磁波。无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线以及伽马射线都属于光，它们之间的区别仅在于电场和磁场的振荡频率不同。快易通系统的无线电波频率为900兆赫兹（即每秒钟振荡900 000 000次） 。

当收费站内的天线发射的无线电波与车内快易通系统导线里的电荷相遇时，变化的电场便会使电子发生振动（见图2）。对快易通系统而言，收费站内的天线和车内的装置都会发出信号，也都会接收信号。因此，收费站和车内的装置都可以被称为“接收器”，也都可以被称为“天线”。

我们可以通过很多方法利用这些无线电波对信息进行编码，但是有两种方法最常见：一种是改变无线电波的峰值，这种方法被称为“调幅”（AM）；另一种是改变振荡的频率，这种方式被称为“调频”（FM）。我们知道，在弹簧的一端挂上一个带电荷的重物，并让这个重物来回振荡，就会产生电磁波。而调幅和调频这两种方式都要求我们对电流进行更复杂的微调。在收音机中，电磁波被转化为电压，电压使接收器的扬声器发生振动，从而产生与原始信息类似的声波。快易通系统中虽然没有扬声器，但其基本工作原理与收音机是一样的。我们通过无线电波的变化将信息编码，收费站内的装置和车内的装置会来回进行无线电的传输交流。

当快易通系统中的接收器接收到无线电波时，这个装置便会发出一个与原始信号不同的无线电波信号，其中包含了车辆的账户信息。然后，这个电子信息会被输入一台小型计算机中。这台小型计算机会验证车辆的账户信息，并检查账户中是否有足够多的资金来支付高速公路过路费。接着，这台计算机向显示屏发出另一个信号，显示屏上会显示车辆账户的扣款信息。无线电波的传播速度等于光速，也就是每秒186 000英里 。因此，当车辆经过收费站的时候，车辆行驶的距离还不到1英寸，无线电波就已经完成了上述所有的信号发送和接收工作。当光电探测器感应到有车辆经过时，收费站中的天线就会发出搜索快易通系统的信号。如果天线没有收到快易通系统发出的反馈信号，电子摄像头就会收到另一个信号，并将该车辆的车牌号码拍摄下来，等待司机的就是罚单了（罚单有时是通过邮局寄送的，这个速度可比光速慢多了）。

随着高速公路上每英里行驶车辆密度的增加 ，“车流”——每小时通过指定地点的车辆数目——也会增加。但如果车辆密度变得太大，最终车流将会减小，行车时间也会变长。物理学知识告诉我们，如果车辆不由驾驶员来驾驶，交通将永远保持通畅。

如果高速公路上车辆的密度较小，每辆车的运动就可以被看成是独立的——每辆车的速度由路况决定，而不受其他车辆的影响。这种情况类似于一团非常稀薄的原子云，在这样的原子云中，两颗原子碰到一起的概率很低。而随着车辆密度的增加，路况便发生了改变。在车辆密度较大的情况下，车辆的运动方式更像液体中的原子，每个原子都会与其相邻原子相互作用，其运动也受到相邻原子的影响。在高峰时段，高速公路上的车辆密度达到最大值。此时，你可能被堵在车队中动弹不得，却不知道堵车的原因。有时候，这种交通堵塞的情况并不是由修路或者事故引发的，而是由交通的内在不稳定性造成的 。

当车辆密度较大的时候，交通流可以被看成是一种集体现象 。在物理学领域，也会出现这样的集体现象，比如水分子会与附近的其他分子相互作用，形成大幅度的扰动，比如产生波。在高速公路的交通问题中也存在这样的现象：当驾驶员看到前方的车流中出现空当时，他们通常并不会减速来保持与前车的距离，而会加速来缩短他们与前车的距离。每辆车的司机都有意地缩短与前车的距离，这就造成了一个聚集的车群。当后面速度较快的车辆接近这个车群的尾部时，它将不得不减速。只有在车辆穿过这个高密度的车群后，它才可能再次加速行驶。

在交通能否通畅方面，有两个因素起到了关键性作用 ：一是你认识到前方聚集了一个车群，二是你对车辆密度变化的反应时间。如果这个反应时间比较长，也就是说当前方的车辆密度发生变化时，司机需要较长的时间才能反应过来，那么，交通就会变得不顺畅，拥堵的车群也会越变越大。

与上述情况类似的一个例子是沙堆 。沙堆的形成过程是这样的：我们把干燥的沙粒不断堆叠到其他沙粒的上方，直到形成一个不稳定的锥形沙堆。如果再给这个沙堆添加一粒沙，就可能造成沙堆侧面发生崩塌。同样，在交通高峰时段，车辆自动聚集成规模不断变大的车群。只需要一个非常简单的触发条件，便会导致交通拥堵。这个触发条件可能是，在车群的前部有个人踩了一下刹车 或者是松开了油门踏板，让他驾驶的车辆略微减速。这样一个小小的举动便会引发一场向车群后部蔓延的“崩塌”，交通堵塞由此发生。只有车群前部的车辆才有机会趁车辆密度较小的时候加速离开这个堵塞的车群，而在车群后部的车辆必须等到车群前部的车辆开起来，才可能继续余下的旅程。即使前方的那辆车已经开动了，接下来的一辆车也不可能与前车同时开始加速，因为后一辆车的司机的反应是有时滞的。因此，车群后部又会有新的车辆被迫减速和停车，使得车群的后部规模不断加大。

如果你能够驾车匀速前进 ，让行车速度与交通流的平均速度保持一致，那么你不仅可以减少在这类交通堵塞情况中浪费的时间，还能够给后面的司机一个通畅的路况。通过匀速行驶并且有意识地不去缩短和前车的距离，你可以避免自己陷入拥堵的车群。如果交通堵塞的状况已经出现，你这么做将有助于让交通堵塞的问题在你的车辆到达车群尾部之前消失。事实上，在这种情况下，你应该选择不加入车群的尾部。如果所有车辆都能按照高速公路的最高限速行驶，或者按照某个平均速度行驶，这条高速公路可以负载的车辆数目在理论上将达到最大值。在这种情况下，你和这条高速公路上的其他所有司机都能够更快地到达目的地。

自动停车系统的工作目标是，避免平行停车过程中人类可能犯的各种计算上的错误。为了做到这一点，自动停车系统必须精确地知道你的车辆和其他车辆以及障碍物的相对位置 。这种定位任务和GPS需要完成的定位任务有所不同，它必须对周围的环境有更加细致的认知，才能够避免撞上其他车辆或障碍物。车载计算机系统与动力转向系统交互，让车轮转出合适的角度，还要考虑倒车的速度（在许多装有这种系统的车辆中，倒车速度仍然是由司机本人手动控制的）。虽然自动停车功能近几年才出现在各种汽车中，但让有自动停车系统的车辆不会撞上其他车辆或障碍物的物理机制，早在第二次世界大战后就已经存在了，它主要依赖于雷达技术和近炸引信技术。

雷达（radar）一词是“无线电侦测和测距”的英文首字母缩写 。雷达的工作原理是在无线电频段上发射一个电磁波脉冲，然后通过天线接收物体对该信号的反射，并利用回声技术来测量车辆与物体之间的距离。在有自动停车功能的汽车中，保险杠上装有一个天线接收器，这个天线接收器可以发出脉冲信号。当脉冲信号碰到其他物体时就会被反射回来，并再次被接收器接收到。由于我们已知信号传播的速度，所以只要测定发射脉冲信号和收到反射脉冲信号的时间间隔，就可以很容易地计算出车辆和该物体之间的距离。通过在汽车的前后保险杠上装置多个接收器，我们就可以准确地判断出汽车与其他车辆的相对位置。然而，由于无线电波的波长较长，而小物体反射无线电波的能力可能没有大物体那么强，所以无线电波在侦测时可能会漏掉一些较小的物体。为了解决这一问题，某些自动停车系统采用了激光雷达（激光雷达的工作原理和雷达类似，但是激光雷达不采用无线电波，而是用波长较短的可见光激光束）或者超声波（波长较短的声波）作为辅助侦测手段，来侦测行人及其他体积小于车辆的障碍物。

自动停车系统与自动驾驶系统的基础原理都是近炸引信技术 。在第二次世界大战中，雷达技术的一项重要应用是设法让高射炮的炮弹在攻击目标附近爆炸。一旦炮弹与攻击目标之间的距离达到一个预设值，炮弹就会自动爆炸。炮弹中装有一个玻璃容器，玻璃容器中装着一种电解质溶液（能够导电的液体）。在发射炮弹时，玻璃容器会因为剧烈的振动而破碎，从而使一个电路闭合，然后发射一个雷达信号。在炮弹中还有另一个电路，这个电路能够侦测反射回来的信号波。一般来说，当炮弹和攻击目标的距离缩短到75英尺 时，反射回来的信号波强度就足以产生一个感应电压了，这个电压会引发电起爆元件起火，从而将炮弹引爆。有了这样的雷达技术，我们不需要再依赖神射手就能击中目标了。在攻击快速移动的目标时，这项技术显得尤为重要。有了靠雷达触发的近炸引信技术，武器便能自动判断炮弹何时与攻击目标的距离足够近。同样的物理学原理还能够告诉你，在你平行停车的时候，你的汽车何时距离前方和后方车辆过近。

汽车遥控进入系统 的工作原理相当于单向的快易通系统。当你按压遥控器上的锁定键或者开锁键时，你的无钥匙遥控器便向车内的接收器发出了一个无线电信号，这个接收器会根据信号来操作车门上的电动锁（这个接收器甚至可以自动发动汽车）。车内的接收器接收来自无钥匙遥控器的无线电信号，其背后的物理学原理和无线电调配器是一样的，都是“共振”。

我们生活在一个电磁波的海洋中，电磁波的来源远到太阳（太阳会向我们发射各种频率的光，其中强度最大的是一个较窄频段上的光线，我们称之为“可见光”），近到我们的身体（我们的身体会发出红外线）。通常来说，我们根本不会去想自己身边的各种电磁波，只在我们的手机信号弱以致打不了电话时，我们才会关注电磁波。一个无线电调配器（或者你车内的接收器）必须忽略所有无关频段的电磁波，而只关注你选择的电台所对应的特定频段。为了做到这一点，无线电调配器会用“音叉”作为接收器。

音叉包含一个被弯成U形的金属条。当我们击打音叉时，这个U形金属条的两个长边会以某种特定的频率振动，并在空气中产生压力波。也就是说，音叉能把快速、单次的机械扰动转化成特定频率的声音。我们可以通过改变音叉的长度、质量或者金属条的形状，来改变音叉发出声音的频率。除了击打音叉以外，我们还可以通过另一种方式让音叉的金属条振动，那就是让音叉接触与其自然频率相同的声波，而其他任何频率的声波都无法让音叉疯狂地振动起来。当一个振子达到其自然频率时，振幅就会急剧增大，这种现象叫作“共振”。

无线电调配器与车内的遥控进入系统的信号接收器都用到了共振原理 （此外，车库门的自动开关系统与快易通系统也用到了共振原理）。通过共振原理，这些装置只需关注它们应该关注的某种频率，而无须理会背景中其他频率的电磁波。虽然这些电路比一个简单的摆锤或者音叉更复杂（事实上，在电子学的领域中，无线电调配电路属于一种非常简单的电路），但它们的工作原理从本质上来看都是一样的。当接收器接收到的电磁波频率和电路的自然共振频率一致时，就会产生一个较大的感应电压，这个电压比其他频率的电磁波所能产生的电压大得多。这个较大的电压被输送到系统的其他部分，以便处理这些电磁波中的编码信息。要改变一个摆锤的共振频率，你可以改变摆线的长度；想改变压电石英晶体的自然共振频率，你可以改变晶体的形状或者大小。当你收听广播的时候，如果你从一个频道换到另一个频道，接收器的电路就会发生改变，无线电调配器的共振频率也会发生相应的变化。

在美国，所有车辆的遥控进入系统都使用同样的无线电频率——315兆赫兹。因此，为了保证系统的安全，在发送程序命令的同时，还会随机发射一个12位数字的密码。只有在接收器检测到正确的12位密码后，它才会执行信号指令（比如打开汽车的后备厢或者锁上车门等）。

但是，如果某人有一个接收器 ，他不就能接收到你的无钥匙遥控器发送的信号，从而截获这个12位密码了吗（就像两台收音机能收听同一个广播频道一样）？事实上，他确实可以这样做，但下一次当你使用你的无钥匙遥控器的时候，你的系统又会随机选择一个不同的12位密码来作为新密码。因此，即使别人输入上次产生的12位密码，也不可能打开你的车门。那么，为什么你的接收器会接收这个新的12位密码呢？这是因为你的无钥匙遥控器使用某种算法来产生密码，你的接收器也使用同样的算法来产生密码。所以，接收器只接收某个特殊的12位密码。当你下一次按下遥控器上的按钮时，遥控器又会产生一个新的12位密码。在这样的设定下，即使有人截获了某一次的信号，他也不可能利用这个信号打开你的车门。

如果你不小心在距离车辆很远的地方按下了遥控器上的按钮，而车内的接收器并不知道这个12位密码已经被重设了，该怎么办呢？设计者已经考虑到了这样的情况，因此，接收器会一次性扫描算法接下来产生的256个12位密码，并在其中寻找正确的密码。 8O3ay8JRkkSxpV61k3QnuLCGzLBXa311cAJ8ZbTUwBM27Lfdl+ZSiC2bXEFxp3/m