为了研究原子内部的电场强度，我们得先看看在宏观世界里现有的技术能做点什么。从手电筒或者收音机里取出一枚电池，通常它可以提供几伏特的电压，并且正负极板之间距离大概为一毫米，折算下来正负极板之间的电场高达一千伏特每米。

在SLAC( the Stanford LinearAccelerator in California,加州斯坦福直线加速器中心),通过电场可以将电子加速到接近3000km/s。为此他们在3千米的长度上加载了约300亿伏特的电压，其电场相当于一千万伏特每米。这些高端科技得到的电场比一般电池要强得多，但是相比原子内部的电场却不值一提。在加州斯坦福直线加速器中心，电场强度为10伏特每微米(百万分之一米),而在氢原子中的电子和质子之间的电压就高达数十伏特，而它们的间距平均只有十分之一个纳米(百亿分之一米)。原子内部的电场强度比现有宏观技术能达到的最强电场还大一千倍，虽然原子电场的范围被限制在原子尺度上。

众所周知，电荷同性相斥、异性相吸。在原子内部有两种电荷带负电荷的电子游弋在原子边缘，带正电荷的原子核位于原子中心。当两颗原子互相靠近，一个原子内的带正电的原子核会吸引另一个原子内带负电的电子，会使两个原子继续靠近一点。由此，原子之间会相互吸引并凝聚在一起形成分子并最终形成宏观物质。

如今人类可以宏观达到的最强电磁场与原子内部的电磁场相比都微不足道，这归结于正负之间的平衡效应，无屏蔽的高能反向电荷存在于原子范围内。当人们意识到这一点后，就能够理解为什么即使速度高达14000km/s(光速的1/20)的a粒子，也会大角度地被原子偏转，甚至被逼停再反射回去：原子内部的电场筑起了一座不可逾越的高大城墙。

想要探索原子内部结构，人们需要比原子小得多的探针，比如卢瑟福就使用了a粒子作为探针。但实验发现原子内部并不是空空如也，反而如石头一般致密，将探针粒子全部拒之门外。这正是电场在作祟。托里拆利能将空气从某个空间内抽走，但是绝不能将空气原子内的致密电场抽走。带电的原子核会对整个宇宙产生一种莫名的影响。即使将其他物质全部移走，这种影响也无法消除。

电荷的移动会产生磁效应，磁效应可以传播很远，例如地心磁效应。我们这颗美丽星球的地心部分是旋转的高温熔岩，其高温导致原子变得混乱，从而使原子内部的电子可以自由运动。电子运动形成的电流将地球变成了一个巨大的磁体，拥有南北两极，并且将磁场延伸到太空中。地磁场强度要比重力场大得多，从而导致地球上的磁针偏转。这一现象自古以来就被旅行者和迁徙候鸟用来指引方向。

总结一下：17世纪时，对于真空的探索才刚开始，但磁现象已经被人类所熟知。后来很快人们就发现磁和光都能穿过真空，虽然直到19世纪人们才真正了解了光、电场和磁场三者之间的深层次关系。在我们头顶数千千米外，空气已经几乎不存在了，但是磁场却遍布其间。这些磁场对我们来说意义重大。它们的磁力能够将宇宙射线和带高电荷的太阳风偏转离开地球。这对于地球来说是一个至关重要的保护罩，因为暴露在这些射线下时我们的DNA将被破坏。如果这个磁场消失了，变得和现在的火星一样，那么我们这个物种的末日也就到了。帕斯卡和毕雷(Perier)证明了地球之外是真空，没有空气。但是虽然太空里几乎没有空气，但是却有一些例如地磁场这样的极为重要的存在体。