一种把按压变成火花的晶体
按下煤气打火机或烧烤点火器上的按钮，一道火花便跨过缝隙跳起——里面哪儿也找不到电池。秘密在于一小块特殊材料的晶体。你的一按驱动一只小锤敲击晶体，就在那一瞬，晶体产生出一阵足以迸出火花的高电压。一挤，便生出了电。这就是压电效应——「压电」二字里的「压」，正源自希腊语「按压」之意。
而且这个效应是双向的。给同一块晶体加上电压，它便会发生实实在在的形变——伸长或缩短一丝丝。一按生电压；一加电压便生出一个推。这条「双向街道」正是压电材料如此有用的原因：它们能在「运动与力」的机械世界，与「电压与电荷」的电学世界之间，自由地来回翻译。
为什么挤压会生电荷：不对称的晶体
要弄清缘由，请回想我们的偶极矩——那支由分离的正负电荷构成的微小箭头。在一块普通晶体里，原子排得如此对称，以至于即便每个小区域内部的正与负稍有分离，那些箭头也都朝着相反的方向、彼此抵消为零。挤压这样一块晶体，抵消依旧成立：仍然没有净电荷。对称性，正是这里的「扫兴者」。
压电晶体的构造则不同。它们的原子排成一种缺乏对称中心的结构——它们是「歪」的，找不到这样一个点：使得每个原子在它正对面都有一个镜像孪生。如今当你一挤，正原子与负原子位移的多少各不相同，抵消便失效了。整块晶体上出现一个净偶极，净电荷便堆到它的表面上。一松手，原子弹回原位，电荷随之消退——而这一切你可以永远重复下去。
极性晶体，以及那个由热驱动的「表亲」
有些「歪」晶体更进一步：哪怕没人挤压它们，它们也内建着一个偶极。它们的原子排列方式，使得一个永久的电荷分离方向被「烤」进了结构本身。这样的材料叫做极性晶体——它天生就有一个「正端」和一个「负端」，就像磁铁有南北极那样，只不过这里换成了电荷，而非磁性。
极性晶体还有一项迷人的额外本领。把它加热或冷却，它内建的偶极便会微微改变，释放出一阵电荷脉冲——热被转成了电压。这就是热释电效应（「pyro」意为热）。它正是那种一探到动静就点亮门廊灯的传感器背后的把戏：当一个温热的身体走过，红外热量的微小变化轻推一块热释电芯片，由此跳起的电压便说出一句「有人来了」。
请留意正在成形的这道「家族阶梯」：每一种极性晶体都同时是压电体（它也能被挤压而生电荷），但并非每一种压电体都是极性的。而在下一篇里，我们会再上一级台阶，去看那些内建偶极竟能被「号令翻转」的晶体。眼下，只需记住这幅图：内建偶极 + 热 → 热释电；不对称晶体 + 挤压 → 压电。
别把它和电致伸缩搞混
有一个长相相似的效应值得钉牢，好让这些名字保持清爽。给几乎任何介电体加上电场，它都会发生极轻微的形变——并非因为什么不对称的结构，而仅仅因为电场拉扯着它的偶极、材料随之应变。这种普遍存在的「被挤压」，就是电致伸缩。它发生在每一种介电体里，哪怕是一种完全对称的介电体。
- 压电效应：随电场方向反转（电压反向，伸长就翻成压缩）；需要一种不对称的晶体。
- 电致伸缩：无论电场指向哪一边，总是朝同一个方向被挤压；发生在任何介电体里。
- 经验法则：压电是线性的、双向的；电致伸缩则很微小、单向的、且普遍存在。
你每天都在哪儿遇见它
压电效应正是那种你从未亲眼见过的「沉默劳力」之一。石英表之所以走得准，是因为一片压电石英在被喂以电压时，会以稳如磐石的频率振动。医用超声的原理，是给一块压电晶体喂电压，让它每秒抖动数千次，把声波脉冲送入体内；随后同一块晶体又接住微弱的回声、把它们重新变回电压，从而拼出一幅跳动的心脏、或一个熟睡婴儿的图像。这「挤压生电压」的把戏，还驱动着声呐、喷墨打印机的喷嘴、手机扬声器，以及让相机镜头对焦的微型马达。
研究者们甚至在「采集」它。一块嵌了压电材料的地砖、或一条这样的路面，能从每一个脚步、每一辆驶过的车那里啜饮一缕微薄的电力——按压的机械能，变成了一点点电。它永远供不起一座城市，却是一个迷人的提醒：力与电荷之间那座桥，你想往哪个方向用，它就往哪个方向流。