负能问题, 在相对论力学中普遍存在, 它起源于相对论的能量方程。在经典力学中, 由于能量连续变化, 而观测到粒子的初始能量总是正的, 所以, 以后任何时刻, 能量均保持正值,抛弃负能解不会引起任何麻烦。但在量子力学中, 有外场存在时, 正负能级之间可能发生跃迁, 负能解不能任意抛弃。粒子能够从正能态跃迁到负能态, 同时发出光子。由于负能级没有下限, 跃迁会无限地进行下去, 因而也就不可能存在稳定的原子。这是不符合物理事实的。于是负能态的解释也就遇到了困难。

为了解决负能态问题, 1 9 30 年, 狄拉克提出了负能态假说, 认为通常在负能态中完全填满了电子, 形成负能电子海。由于电子遵守泡利不相容原理, 因此负能态中不出现空位, 就不可能向负能态跃迁。这样一来, 物质的稳定性就得到了保证。由于某种原因, 负能电子海中缺一个电子而产生了一个空位, 这个空位称之为空穴。因为它缺少负能和负电荷, 故其表现为具有正能和正电荷的粒子,称其为电子的反粒子( 正电子)。当光子能量十分高时, 它与物质碰撞能够产生电子— 正电子对;类似地, 若负能电海中有一空穴, 处于正能态的某一电子可以跃迁到负能态填补该空穴, 并放出两个或两个以上的光子, 在这个过程中, 正负电子对湮灭成光子。粒子的产生和湮灭过程严格遵守能量守恒和动量守恒定律。1 9 3 3 年, 安德森在宇宙射线中发现了正电子的存在。虽然狄拉克空穴理论能够把负能态的物理解释与正电子的存在、正负电子对的产生与湮灭等实验事实协调起来, 但仍存在一系列困难。比如说, 由于假定了全部负能态已被电子填满, 理论本身也就不是单粒子理论, 而且负能电子海中有无数个电子, 但又假定它们没有电磁效应, 这是不自洽的。因此, 这一假说还需要实验的进一步检验和理论上的进一步完善。