反物质由保罗·狄拉克（1902-1984）于1928年根据电子的相对论方程预言。每种粒子都有一种质量相同但电荷相反的反粒子。当粒子与其反粒子相遇时，会发生完全湮灭，并根据 \( E = mc^2 \) 将质量转化为能量。
根据狄拉克理论，每个反粒子与其对应粒子质量相同，但可呈现负能量值。该理论认为，量子态空间充满负能级，构成所谓的狄拉克海。
狄拉克海中的空态表现为带相反电荷的反粒子。当该空态被占据或湮灭时，负能量以辐射形式释放或转化为动能，从而可观测到粒子与反粒子的产生或湮灭过程。
因此，反粒子的能量可以从两个层面来理解：
这种能量二象性是许多物理现象的基础：物质-反物质湮灭、实验室中反氢的产生，以及能够释放可观测γ光子的量子能量跃迁。
反粒子并不具有负质量。在狄拉克的形式体系中，它们可以被视为具有负能量的解，但其静止质量为正，且与对应粒子的质量相同。
当保罗·狄拉克（1902-1984）求解他的电子相对论方程时，他发现了两个解族：
为防止电子“坠入”越来越低的能态，狄拉克提出所有这些负能级已被填满：这便是狄拉克海。该海中的“空穴”行为如同带相反电荷的粒子：正电子。
在这种解释中，我们确实提到了负能量，但静止质量\(m\)仍为正（例如，\(m_e = 0.511~\mathrm{MeV}/c^2\)）。
粒子的静止质量是方程 \(E^2 = p^2 c^2 + m^2 c^4\) 中 \(c^2\) 前的系数。 总能量 \(E\) 的符号可以改变，但在标准形式中，\(m^2\) 项始终为正。 即使对于反粒子，我们仍保留 \(m > 0\)。 改变的是电荷和量子数（重子数、轻子数等）。
负质量意味着物体会在施加力的相反方向上加速（奇异行为）。 对反粒子（正电子、反质子等）的观测中，没有任何现象显示这种效应：它们在引力场中的下落方式与普通对应粒子相同（在实验误差范围内）。
| 粒子 | 反粒子 | 正能量水平 | 负能量等级 | 解释 |
|---|---|---|---|---|
| 电子 | 正电子 | +0.511 兆电子伏 | -0.511 兆电子伏 | 狄拉克海中的占据态；一个空穴对应一个正电子 |
| 质子 | 反质子 | +938.3 兆电子伏 | -938.3 兆电子伏 | 反质子被解释为负能量中的空穴状态 |
| 中子 | 反中子 | +939.6 兆电子伏 | -939.6 兆电子伏 | 与负能级空穴相关联的反中子 |
| 中微子 | 反中微子 | ≈ 0 兆电子伏 | ≈ 0 兆电子伏 | 能量极低，几乎无法区分的反粒子 |
来源：欧洲核子研究中心（CERN）——反物质、粒子数据组、维基百科——狄拉克海
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