同一批电子也在搬运热量
我们已经看着电子搬运电荷。但同样这群松散的电子，也在搬运热量。一个「热」的电子无非就是比「冷」的电子动得更快，而当这些乱飞的电子四处穿行时，它们便把多余的能量从温暖的区域运往凉爽的区域。这正是为什么金属摸起来发凉、导热又这么好——使一种材料成为良好导电体的那份可动性，通常也使它成为良好的导热体。
这种「身兼两职」被一条简单得令人吃惊的规则概括了，那就是魏德曼–弗兰兹定律：在金属中，导电越好，导热也越好，而且成一个固定的比例。搬运电荷的电子，正是搬运热量的那一批，所以这两种本领步调一致地齐头并进。（在非金属里，热是走另一条路传播的——这一点我们马上就讲。）
温差能造出一道电压
现在给一根金属棒的一端加热，让另一端保持冰冷。热端的电子更躁动、飞得更猛，于是它们倾向于朝平静的冷端散开——就像人群从闷热的房间挪向凉爽的走廊。电子在冷端略微堆积，使热端那边电子有点不够。电荷分开了，于是热端与冷端之间便出现一道电压。一个温差，仅凭一团火焰，就变出了电。
这就是塞贝克效应，是热电效应这一家族的开山之作。把两种不同的金属接在一起、给接头加热，由于两者积累这道电压的强弱不一致，便会留下一个可以测量的信号——这样配成的一对就是热电偶，那个坚固的小传感器，能读出烤箱里、喷气发动机里、乃至火山里的温度。没有电池，没有运动部件：只是把一个温差，直接变成了一道电压。
倒过来运行：电能造出寒冷
大自然钟爱对称，所以这个效应也能反过来运行。这一回，不是让热产生电流，而是用电池强迫一股电流流过两种材料的接头。当电子从一种材料越入另一种时，它们要么得卸下一点能量，要么得舀起一些，才能适应过去。于是一个接头变冷、另一个变热——你正在用电来泵送热量，不需要压缩机，也不需要任何流体。
这就是珀尔帖效应。把电流的方向一翻，冷热两边便对调。便携式野餐冷藏箱里那个微型固态制冷器，靠的就是它；它也能稳住一台激光器的温度，或把热量从一块敏感的芯片上抽走——安静无声，内部毫无运动。塞贝克效应与珀尔帖效应，是同一枚硬币的两面：一面把热变成电压，另一面把电压变成热的泵送。
- 塞贝克：温差驱使电子奔向冷端，造出一道电压——把热变成电。
- 珀尔帖：电池强迫电流流过接头，于是电子把热搬过去——一边变冷，另一边变热。
- 同一套物理，朝相反的方向运行——无非是热与电彼此互换位置。
为何好的热电材料如此难寻
既然这么巧妙，为什么不是每台冰箱都成了安静的珀尔帖箱、每根热管道都成了电源呢？因为这些要求彼此打架。一种出色的热电材料，必须导电良好（这样电压才能驱动真正的电流）、能建起强劲的塞贝克电压，却又要导热*很差*——这样温差才不会作为白白浪费的热量泄漏掉。我们甚至用一个单一的分数来给材料打分，叫做热电品质因数，它奖赏的正是这种别扭的组合。
症结就在这里。魏德曼–弗兰兹定律警告我们：在一块普通金属里，导电导得好，会*顺带拖来*良好的导热——这恰恰是我们不想要的。整门手艺就在于打破这种捆绑：让电子畅通无阻，同时把搬运热量的声子堵死。那些塞满重原子、内含「咯咯作响」的笼状结构、以及种种巧妙纳米结构的材料，就是为了狠狠散射声子、却放过电子而设计的。这极其精细，而我们手头最好的材料，也才不过中规中矩。
一群电子，两份工作
退一步看，主题简单而优美。固体里那些松散的电子并不是专才。承担你电流的那同一群，也在搬运热量，而这两份工作之间的耦合，正是热电现象的来源。用电压去推它们，它们就来回搬运热量；用温差去挤它们，它们就造出一道电压。
到目前为止，我们的整个故事都是关于电子在动。接下来的两篇里，我们彻底换一个问题：不再用电池去推电子，而是把光照在材料上，问问会发生什么。答案——金子为何是黄的、玻璃为何透明、镜子为何泛银光——原来不过是这同一批电子的生命里，又一个篇章。