一種把按壓變成火花的晶體
按下瓦斯打火機或燒烤點火器上的按鈕，一道火花便跨過縫隙跳起——裡面哪兒也找不到電池。祕密在於一小塊特殊材料的晶體。你的一按驅動一隻小錘敲擊晶體，就在那一瞬，晶體產生出一陣足以迸出火花的高電壓。一擠，便生出了電。這就是壓電效應——「壓電」二字裡的「壓」，正源自希臘語「按壓」之意。
而且這個效應是雙向的。給同一塊晶體加上電壓，它便會發生實實在在的形變——伸長或縮短一絲絲。一按生電壓；一加電壓便生出一個推。這條「雙向街道」正是壓電材料如此有用的原因：它們能在「運動與力」的機械世界，與「電壓與電荷」的電學世界之間，自由地來回翻譯。
為什麼擠壓會生電荷：不對稱的晶體
要弄清緣由，請回想我們的偶極矩——那支由分離的正負電荷構成的微小箭頭。在一塊普通晶體裡，原子排得如此對稱，以至於即便每個小區域內部的正與負稍有分離，那些箭頭也都朝著相反的方向、彼此抵消為零。擠壓這樣一塊晶體，抵消依舊成立：仍然沒有淨電荷。對稱性，正是這裡的「掃興者」。
壓電晶體的構造則不同。它們的原子排成一種缺乏對稱中心的結構——它們是「歪」的，找不到這樣一個點：使得每個原子在它正對面都有一個鏡像孿生。如今當你一擠，正原子與負原子位移的多少各不相同，抵消便失效了。整塊晶體上出現一個淨偶極，淨電荷便堆到它的表面上。一鬆手，原子彈回原位，電荷隨之消退——而這一切你可以永遠重複下去。
極性晶體，以及那個由熱驅動的「表親」
有些「歪」晶體更進一步：哪怕沒人擠壓它們，它們也內建著一個偶極。它們的原子排列方式，使得一個永久的電荷分離方向被「烤」進了結構本身。這樣的材料叫做極性晶體——它天生就有一個「正端」和一個「負端」，就像磁鐵有南北極那樣，只不過這裡換成了電荷，而非磁性。
極性晶體還有一項迷人的額外本領。把它加熱或冷卻，它內建的偶極便會微微改變，釋放出一陣電荷脈衝——熱被轉成了電壓。這就是熱釋電效應（「pyro」意為熱）。它正是那種一探到動靜就點亮門廊燈的感測器背後的把戲：當一個溫熱的身體走過，紅外熱量的微小變化輕推一塊熱釋電晶片，由此跳起的電壓便說出一句「有人來了」。
請留意正在成形的這道「家族階梯」：每一種極性晶體都同時是壓電體（它也能被擠壓而生電荷），但並非每一種壓電體都是極性的。而在下一篇裡，我們會再上一級台階，去看那些內建偶極竟能被「號令翻轉」的晶體。眼下，只需記住這幅圖：內建偶極 + 熱 → 熱釋電；不對稱晶體 + 擠壓 → 壓電。
別把它和電致伸縮搞混
有一個長相相似的效應值得釘牢，好讓這些名字保持清爽。給幾乎任何介電體加上電場，它都會發生極輕微的形變——並非因為什麼不對稱的結構，而僅僅因為電場拉扯著它的偶極、材料隨之應變。這種普遍存在的「被擠壓」，就是電致伸縮。它發生在每一種介電體裡，哪怕是一種完全對稱的介電體。
- 壓電效應：隨電場方向反轉（電壓反向，伸長就翻成壓縮）；需要一種不對稱的晶體。
- 電致伸縮：無論電場指向哪一邊，總是朝同一個方向被擠壓；發生在任何介電體裡。
- 經驗法則：壓電是線性的、雙向的；電致伸縮則很微小、單向的、且普遍存在。
你每天都在哪兒遇見它
壓電效應正是那種你從未親眼見過的「沉默勞力」之一。石英錶之所以走得準，是因為一片壓電石英在被餵以電壓時，會以穩如磐石的頻率振動。醫用超聲的原理，是給一塊壓電晶體餵電壓，讓它每秒抖動數千次，把聲波脈衝送入體內；隨後同一塊晶體又接住微弱的回聲、把它們重新變回電壓，從而拼出一幅跳動的心臟、或一個熟睡嬰兒的圖像。這「擠壓生電壓」的把戲，還驅動著聲納、噴墨印表機的噴嘴、手機揚聲器，以及讓相機鏡頭對焦的微型馬達。
研究者們甚至在「採集」它。一塊嵌了壓電材料的地磚、或一條這樣的路面，能從每一個腳步、每一輛駛過的車那裡啜飲一縷微薄的電力——按壓的機械能，變成了一點點電。它永遠供不起一座城市，卻是一個迷人的提醒：力與電荷之間那座橋，你想往哪個方向用，它就往哪個方向流。