同一批電子也在搬運熱量
我們已經看著電子搬運電荷。但同樣這群鬆散的電子，也在搬運熱量。一個「熱」的電子無非就是比「冷」的電子動得更快，而當這些亂飛的電子四處穿行時，它們便把多餘的能量從溫暖的區域運往涼爽的區域。這正是為什麼金屬摸起來發涼、導熱又這麼好——使一種材料成為良好導電體的那份可動性，通常也使它成為良好的導熱體。
這種「身兼兩職」被一條簡單得令人吃驚的規則概括了，那就是魏德曼–弗蘭茲定律：在金屬中，導電越好，導熱也越好，而且成一個固定的比例。搬運電荷的電子，正是搬運熱量的那一批，所以這兩種本領步調一致地齊頭並進。（在非金屬裡，熱是走另一條路傳播的——這一點我們馬上就講。）
溫差能造出一道電壓
現在給一根金屬棒的一端加熱，讓另一端保持冰冷。熱端的電子更躁動、飛得更猛，於是它們傾向於朝平靜的冷端散開——就像人群從悶熱的房間挪向涼爽的走廊。電子在冷端略微堆積，使熱端那邊電子有點不夠。電荷分開了，於是熱端與冷端之間便出現一道電壓。一個溫差，僅憑一團火焰，就變出了電。
這就是塞貝克效應，是熱電效應這一家族的開山之作。把兩種不同的金屬接在一起、給接頭加熱，由於兩者積累這道電壓的強弱不一致，便會留下一個可以測量的訊號——這樣配成的一對就是熱電偶，那個堅固的小感測器，能讀出烤箱裡、噴氣發動機裡、乃至火山裡的溫度。沒有電池，沒有運動部件：只是把一個溫差，直接變成了一道電壓。
倒過來運行：電能造出寒冷
大自然鍾愛對稱，所以這個效應也能反過來運行。這一回，不是讓熱產生電流，而是用電池強迫一股電流流過兩種材料的接頭。當電子從一種材料越入另一種時，它們要麼得卸下一點能量，要麼得舀起一些，才能適應過去。於是一個接頭變冷、另一個變熱——你正在用電來泵送熱量，不需要壓縮機，也不需要任何流體。
這就是珀爾帖效應。把電流的方向一翻，冷熱兩邊便對調。便攜式野餐冷藏箱裡那個微型固態製冷器，靠的就是它；它也能穩住一台雷射器的溫度，或把熱量從一塊敏感的晶片上抽走——安靜無聲，內部毫無運動。塞貝克效應與珀爾帖效應，是同一枚硬幣的兩面：一面把熱變成電壓，另一面把電壓變成熱的泵送。
- 塞貝克：溫差驅使電子奔向冷端，造出一道電壓——把熱變成電。
- 珀爾帖：電池強迫電流流過接頭，於是電子把熱搬過去——一邊變冷，另一邊變熱。
- 同一套物理，朝相反的方向運行——無非是熱與電彼此互換位置。
為何好的熱電材料如此難尋
既然這麼巧妙，為什麼不是每台冰箱都成了安靜的珀爾帖箱、每根熱管道都成了電源呢？因為這些要求彼此打架。一種出色的熱電材料，必須導電良好（這樣電壓才能驅動真正的電流）、能建起強勁的塞貝克電壓，卻又要導熱*很差*——這樣溫差才不會作為白白浪費的熱量洩漏掉。我們甚至用一個單一的分數來給材料打分，叫做熱電品質因數，它獎賞的正是這種彆扭的組合。
癥結就在這裡。魏德曼–弗蘭茲定律警告我們：在一塊普通金屬裡，導電導得好，會*順帶拖來*良好的導熱——這恰恰是我們不想要的。整門手藝就在於打破這種捆綁：讓電子暢通無阻，同時把搬運熱量的聲子堵死。那些塞滿重原子、內含「咯咯作響」的籠狀結構、以及種種巧妙奈米結構的材料，就是為了狠狠散射聲子、卻放過電子而設計的。這極其精細，而我們手頭最好的材料，也才不過中規中矩。
一群電子，兩份工作
退一步看，主題簡單而優美。固體裡那些鬆散的電子並不是專才。承擔你電流的那同一群，也在搬運熱量，而這兩份工作之間的耦合，正是熱電現象的來源。用電壓去推它們，它們就來回搬運熱量；用溫差去擠它們，它們就造出一道電壓。
到目前為止，我們的整個故事都是關於電子在動。接下來的兩篇裡，我們徹底換一個問題：不再用電池去推電子，而是把光照在材料上，問問會發生什麼。答案——金子為何是黃的、玻璃為何透明、鏡子為何泛銀光——原來不過是這同一批電子的生命裡，又一個篇章。