ทฤษฎี

ในปี 1928 พอล ดิแรก (Paul Dirac) ได้ตีพิมพ์รายงานวิจัยเสนอว่าอิเล็กตรอนสามารถมีได้ทั้งประจุบวกและพลังงานที่มีค่าลบ รายงานวิจัยนี้ได้แนะนำสมการดิแรก, การผสมผสานของกลศาสตร์ควอนตัม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและว่าด้วยแนวคิดใหม่ของอิเล็กตรอนสปินเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ซีแมน (Zeeman effect) รายงานวิจัยไม่ได้ทำนายถึงอนุภาคใหม่อย่างแน่ชัดนัก, แต่ก็ยังอนุญาตให้อิเล็กตรอนที่มีทั้งพลังงานที่เป็นบวกหรือลบเป็นวิธีสำหรับแก้ไขปัญหาอยู่ การแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง, แต่ก็ยังอนุญาตให้มีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานบวกหรือลบอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นวิธีในการแก้ไขปัญหา การแก้ปัญหาพลังงานในเชิงบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง แต่ดิแรกก็ยังคงเกิดความฉงนสนเท่ห์กับการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเชิงลบที่มีความถูกต้องเท่าเทียมกันซึ่งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้อนุญาตให้มีได้ กลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่อนุญาตให้มีการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพลังงานที่มีค่าเป็นจำนวนติดลบได้, เหมือนดังเช่นกับในกลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่มักจะได้กระทำกับในสมการที่เกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีค่าติดลบดังกล่าว โดยที่จะเป็นแค่เพียงแค่ถูกละเว้นไว้ในฐานที่เข้าใจกัน ซึ่งทางออกของการแก้ปัญหาแบบคู่ขนานนี้ได้ส่อแสดงนัยให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการกระโดดข้ามไปมาตามธรรมชาติระหว่างสถานะของพลังงานที่เป็นบวกและลบของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นดังกล่าวก็ยังคงไม่ได้ถูกสังเกตการณ์โดยทางการทดลองทางฟิสิกส์แต่อย่างใด เขาได้พูดถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจากความขัดแย้งกันระหว่างแนวคิดทางทฤษฎีและการสังเกตการณ์ทางการทดลองนี้ว่าเป็น "ความยากลำบาก" ที่ "ไม่อาจตัดสินใจได้"

ดิแรกได้เขียนรายงานการติดตามผลในเดือนธันวาคม ปี 1929 ที่พยายามจะอธิบายการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเป็นลบนี้ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้สำหรับอิเล็กตรอนในรูปแบบทฤษฎีที่มีลักษณะเป็นเชิงสัมพัทธ์ เขาโต้แย้งว่า " ... อิเล็กตรอนประกอบไปด้วยพลังงานเชิงลบที่เคลื่อนที่อยู่ในภายนอกสนาม [แม่เหล็กไฟฟ้า] ราวกับว่าจะถูกนำพาให้เคลื่อนที่ไปโดยประจุบวก" เขายังยืนยันว่าทุก ๆ พื้นที่จะได้รับการพิจารณาว่าเป็น "ทะเล" ของสถานะพลังงานเชิงลบ ("sea" of negative energy states) ที่ได้รับการเติมเต็ม