人类发现电现象已经有上千年历史，但很多现象（譬如磁性指南针、闪电火光、电的属性等）一直到19世纪仍是未解之谜。在孩提时期，我从跳蚤市场花一便士买了一，其中详细记录了19世纪末发生的各种相关的科学故事。书名为《科学问答》，1898年出版，在回答“电为何物？”这个问题时，它引用了维多利亚时代情景剧的台词“电是一种无法估量之流体，是人类的未解之谜”。经过100年之后，现代的电子通信及整个相关产业都是得益于汤姆森在1897年发现了电子，并由此在《科学问答》出版前的整整一年回答了以上问题，才使得今天资讯的交互变得迅速得多。
电子以电流的形式流过电缆并建立起了现代工业的能量输送方式；穿过我们迷宫般的中央神经系统，使我们保持知觉；是物质原子的基本组分，其在原子间的传递最终支撑起了后来的化学、生物学以及我们的生命体。
电子是所有物质的一种基本粒子，它是一种最轻的带电、稳定、无处不在的粒子。所有固体结构的形态都可以通过原子边缘的电子回旋形式来描述。电子无处不在，正因如此，19世纪人们通过各种物质来抽取制作真空的能力的发展才导致了这种物质组分的发现。
虽然最初人们并没有直接接触到虚空这个问题，但是很久以来人们就感觉到物质是具有神秘性质的。古希腊人很早就意识到一些问题，譬如琥珀在与皮毛摩擦后具有吸起碎纸片的能力，而在希腊语中电子和琥珀用词是相同的。更现实一点，在干燥的天气中用梳子快速地梳动头发，你就可能看到火花的出现。玻璃以及一些宝石在摩擦后也可以吸附物质。在中世纪的欧洲宫廷，人们就已经知道很多物质在摩擦后都具有神奇的吸附能力。威廉·吉尔伯特，伊丽莎白一世时期的宫廷物理学家，提出物质具有“电优性”，而且电是一种“无法估量之流体”（正如我前面提及的1898年出版的书里描述的一样），可以通过摩擦的方式在物质之间传递。获取或者失去这种电优性就如物体正在被充电或者放电。
美国人本杰明·富兰克林曾为美国宪法的制定而呕心沥血，他同时也对电现象十分着迷，尤其是闪电现象。乌云是一种自然的电子产生器，可以创造百万伏的高压并产生足以致命的闪电。富兰克林的见解认为，物质都具有潜在的电能，其可以在物质之间相互传递。但是没人知道这种无法估量之流体究竟为何物。
今天我们知道这一切源于电子，其质量仅有典型原子的约1/2000，而且由于电流活动中仅有很少部分的电子参与其中，因此物质充电后其质量变化极小而无法被测到。那么这种无法估量的流体是怎样在之后被单独列出并被研究的呢？
通常电流是在物质内部流动，譬如导线，然而人们无法直接观察导线内部的情况，由此人们想到了摆脱导线而直接观察电火花。闪电现象说明电流可以穿过空气，人们由此萌发出想法以使电流从通常的金属线导体中剥离出来、暴露出来，从而直接观察。
由此，科学家们尝试在玻璃管道中充入不同的气体来制造电火花。常压下的空气可以导电但是会遮蔽电子的流动现象。如果将气体从管道中慢慢抽出，最终应该会只剩下电流。随着工业革命以及更高级的真空泵的出现，科学家能够在真空管道内的稀薄气体中实现放电，并观察到了很多奇异现象。最终，电渐渐被揭开了其神秘面纱。在1/15个大气压下，电流会在空气中形成飘浮的发光云团，这使得英国科学家威廉·克鲁克斯（William Crookes）能够确信他当时正在制造灵异物质，而这对于维多利亚时期的降神会来说则更加重要，他们利用它宣扬灵异主义。
而这种微弱的灵异现象发光的颜色与气体种类有关，比如钠会发黄光，现代照明中常用的汞会发绿光。这是由于电子流碰撞进入气体原子中，进而从原子中释放能量发光。随着气压进一步降低，发光现象最终会消失，但在靠近电源位置的玻璃表面会产生微弱的绿色微光。1869年，人们发现管道内部的物体会在这种绿光作用下产生投影，从而证明在这种实验条件下，电流源处会放出射线并轰击玻璃管壁。克鲁克斯发现磁场会使这种射线发生偏转，说明它们带电。到1897年J.J．汤姆森（J.J．Thomson）同时使用磁力和电力（通过将电池的两极连接在管道内部的两块金属板上）成功使得电束流发生了偏移（这就是电视机的简单原型）；通过调整磁力和电力的强度，他成功地发现了电流组分的一些性质，并由此发现了电子，其质量极小，甚至与最轻的原子——氢原子相比也微不足道。概括他的实验，其不再研究气体管道或者导线中的电性质，而将电流引入真空管道中，最终推论出所有原子中的带电组分都是电子。
电子的质量比最小的原子还轻约2000倍，科学家认识到这点之后，就立即明白了为何电子可以如此轻易地在铜导线中穿行。原子曾一直被认为是基本粒子，而电子的存在完全推翻了这个理论，其显示原子具有复杂的内部结构，其中电子包围着一个致密的中心原子核。
菲利普·莱纳德（Phillipe Lenard）使用电子束轰击原子，发现电子束会直接穿透原子，一路形同无物。莱纳德总结了这种出人意料的情况——似乎固体在原子尺度上是透明的，并认为“一立方米的固体铂内部其实和浩瀚星空一样空旷”。
形象地说，我们的每一个句号，它用的油墨就包含了1000亿个碳原子。如果想用肉眼看到这些原子，就需要将这个句号扩大到100米的尺度。这个尺度虽大，但是似乎还可以接受。然而，如果要用肉眼看到原子核，你就需要将句号放大到10000千米的尺度：与地球两极的间距相当。
氢是最简单的原子，它可以提供给我们原子幅度和内部空旷度的信息。其中心核是一个单独的正电性粒子——质子。电子远离中心质子，其运行轨道决定了原子的边缘尺寸限制。如果从原子的中心开始向外旅行，到达质子边缘的时候我们只是完成了整个旅程的万分之一。最终我们会到达遥远处的电子，其大小微乎其微，不足质子的千分之一，更不足原子的千万分之一。真空曾帮助人类发现物质除了包含原子之外还有电子，而当真正制造出一个近乎完美的真空时，我们看起来已经成功证明了原子是一个近乎完美的虚空体：99.9999999999999％的部分都是空的。莱纳德并没有判定原子的内空性：相比原子内部微粒物质来说，外部空间的氢原子的密度已经算很大了。
原子核本身十分脆弱。如果将中子或质子放大1000倍，我们会发现它们也具有丰富的内部结构。就像一大群蜜蜂，远远看去似乎是一个黑点，近看会发现是很多嗡嗡作响、威力无限的小家伙。这与中子和质子很相似，在低成像能力下它们看起来就是一个简单的点，但是在高分辨率下就能发现其是由更小的粒子——夸克组成的簇团。我们必须将句号放大到100米的尺度才能看到原子；放大到地球大小才能看见原子核。而要显示出夸克，得把句号的半径继续向外增大，跨过月球之后还要继续走20倍的距离。
正如质子、中子相对原子来说很小一样，夸克相对质子或中子来说也很小。在原子层面上，中心致密原子核与外围电子之间存在广大的空旷区域，而相似的情况在原子核内部同样存在。总的来说，原子的基本结构远远超出人们的想象，而其中的空旷更是极其深奥。
