Нека спрем за малко и да разгледаме структурата на атома — такава, каквато я знаем днес. Всеки атом е изграден от три вида елементарни частици: протони, които имат положителен електричен заряд; електрони — с отрицателен електричен заряд: неутрони, които нямат електричен заряд. Протоните и неутроните са съставна част на ядрото, докато електроните се движат извън него. Броят на протоните дава на атома химичната му идентификация. Атом с един протон е атом на водорода, с два протона е хелий, с три протона — литий, и така нагоре по скалата. Всеки път, когато прибавим протон, се получава, нов елемент. (Тъй като броят на протоните в един атом винаги се уравновесява с еднакъв брой електрони, понякога се пише, че броят на електроните е този, който определя елемента; стига се до едно и също нещо. На мен ми беше обяснено, че протоните дават на атома неговата идентичност, а електроните — характера му.)
Неутроните не оказват влияние върху идентичността на атома, но те променят масата му. Броят на неутроните е обикновено еднакъв с този на протоните, но може да варира малко нагоре и надолу. Ако прибавим един или два неутрона, ще получим изотоп на същия елемент. Термините, които чуваме във връзка с технологията за датиране в археологията, се отнасят за изотопите — например въглерод–14 е атом въглерод с шест протона и осем неутрона (14 е сума от двата броя).
Неутроните и протоните съставляват ядрото на атома. Ядрото на атома е мъничко — само една милионна от милиардната част от обема на атома — но е фантастично плътно, тъй като практически съдържа цялата маса на атома.
Както Кропър го е казал, ако атомът се разшири до размера на катедрала, ядрото ще е с размер като на муха — но муха, която е много хиляди пъти по-тежка от катедралата. Именно тази просторност — тази огромна, неочаквана обширност е накарала Ръдърфорд да се замисли през 1910 г.
Все още идеята, че атомите съдържат предимно празно пространство, и че солидността, която изпитваме около нас, е илюзия, е удивителна. Когато два обекта се срещнат в реалния свят — най-често за илюстрация се използват билярдни топки — всъщност те не се удрят една в друга. „По-точно“ — както Тимъти Ферис обяснява — „отрицателно заредените полета на двете топки ги отблъскват една от друга… ако не е електричният им заряд, те биха могли като галактиките да минат една през друга невредими“. Когато седите на стол, всъщност не седите там, а се издигате върху му на височина един ангстрьом (стомилионна от сантиметъра), защото вашите електрони и неговите електрони се съпротивляват твърдо на по-голяма близост.
Представата, която всеки има за атома, е как електрон-два кръжат около ядро като планети, движещи се в орбита около слънце. Този образ е създаден през 1904 г. и се основава предимно на умна догадка на японския физик Хантаро Нагаока. Той е напълно погрешен, но въпреки всичко е траен. Както Айзък Азимов обичаше да отбелязва, той допринесе за вдъхновението на поколения писатели на научна фантастика, създаващи истории за светове в светове, в които атомите стават малки населени слънчеви системи или нашата Слънчева система става просто една прашинка, част от нещо по-голямо. Дори сега CERN, Европейската организация за ядрено развитие, използва представата, създадена от Нагаока, за лого на уеб-сайта си. Всъщност, както физиците скоро са разбрали, електроните въобще не са като движещи се по орбити планети, а приличат повече на перки на въртящ се вентилатор, успявайки да запълнят едновременно всяка част от пространството в орбитите си (но със съществената разлика, че перките на вентилатора само изглеждат, че са едновременно навсякъде, а електроните са).
Излишно е да се каже, че много малко от това е било разбираемо през 1910 г. или пък доста години след това. Откритието на Ръдърфорд поставило някои големи и неотложни проблеми, като не на последно място бил този, че никой електрон не може да обикаля около ядрото, без да претърпи сблъсък. Според конвенционалната теория на електродинамиката един движещ се електрон много бързо ще изчерпи енергията си — само за около миг — и спираловидно ще се придвижи до ядрото, без да претърпи пагубни последици. Съществувал също и проблемът как протоните с положителните си заряди ще си намерят място в ядрото, без да взривят себе си и останалата част от атома. Очевидно каквото и да ставало там някъде в света на много малкото, то не се управлявало от законите, приложими за макросвета, към който се отнасят нашите очаквания.