他假設我們平時所謂的真空，其實並不是真空的，而是一種所有負能級上都有兩個電子的係統，所以，真空中就應有無窮數目的電子，並且全部負能級都被電子占滿了。根據泡利不相容原理，電子不可能躍遷到某個已被占滿的負能級，所以它隻能留在正能級區的某一個能級上。因此隻能是處於負能級的電子受到激發後向正能級躍遷。這種過程正如電子由正能級跳躍到負能級上的反過程。隻要有能量大於能級的光子激發，是完全可能發生的。如果它發生了，那麼這個具有正能量的電子將會使其躍遷出的負能級位置上出現一個空穴。怎麼解釋這個空穴呢？舉個例子，若我們手上係著幾個充滿氫氣的氣球，就會感覺到手上有一個向上拉的力，如果突然有一個氣球的引線斷了，我們將感覺到向上拉的力減少了，但我們也可以解釋為多了一個向下拉的力。同樣，在負能級狀態少一個電子的空穴行為就像在那兒產生了一個有正能量的帶正電的粒子，這個粒子正是我們所談的正電子。這樣，人類便第一次從理論上預言了反粒子的存在。緊接著在1932年，卡爾。安德生通過對宇宙射線的威爾遜去層實驗發現並證實了正電子的存在。
繼安德生發現正電子後，1955年張伯萊發現了反質子，1956年又發現了中子。20世紀60年代前後相繼發現一係列反超子，一個又一個反粒子的發現使人們聯想到是否所有的粒子都有與之對應的反粒子呢？在此後進行的一係列實險中發現除了光子等少數粒子的反粒子是其本身外，所有粒子都有反粒子。人類自古就相信宇宙是對稱的思想不禁又使人們想到了既然粒子能組成物質，那麼反粒子為什麼不會組成反物質呢？
但是探索反物質的道路是艱難的。從發現第一個反粒子到現在已近70年，其間人們也僅是從實驗中獲得了一些反粒子，並且最近幾年才人工合成了第一反原子----反氫原子。而對於能構成反物質的其他各類反原子、反分子都還一無所獲，更談不上反物質了。產生這些困難的原因在於人們發現的反粒都是從宇宙射線路獲得的，而宇宙射線要達地球首先要穿過厚達3000千米----4000千米的大氣層，所以射線中的絕大部分反粒子在到達地球前都已與大氣層中的粒子中和了。因而人們所能探測到的反粒子就微乎其微了。而且反粒子都很不穩定，很容易和周圍物質粒子發生湮滅。所以，科學家們認為在現在我們所處的這個物質世界中是不可能存在反物質的，即使存在也會很快和周圍物質相中和，因此，隻能把探尋反物質的希望寄圩宇宙空間。在宇宙空間深處可能存在一個與物質世界完全相反的空間，在那裏會存在大量的反物質，基於這一考慮，許多國家的科學家們數年共同努力下，“阿爾法磁譜議”終於升入太空。經過10天的太空航行後，它將對宇宙中是否存在反物質做初步探測。到2002年“阿爾法磁譜儀”將被安置到新建的“發現號”空間站，從而開始對反物質的大規模探測。
反物質如果被探明確實存在，那將會是對在此基礎上建立起的現有宇宙起源論及相對論量子力學理論的最有力的實驗驗證。我們都知道根據愛因斯坦質能方程E=mc^2，物質減少的質量將會轉化為能量。
現在的核反應正是利用了這一點，但核反應不能使質能完全轉化；而物質與反物質相中和，湮滅後輻射出的是零質量的r光子，所以其質量將會完全轉化為能量。1千克鈾235完全裂變釋放出的能量相當於2000噸優質煤完全燃燒時所放出的化學能，而同等質量的物質與反物質中和放出的能量則是鈾235的3200多倍！因此探索反物質對於能源相對短缺的現代社會亦有著重要大意義。
6．失蹤物質的去處
克利弗德（WilliamKingdonCiifford）早年夭折，他卻給世界留下了引力和幾何的思想。半個世紀之後，即1915年，愛因斯坦證實了這個思想。愛因斯坦的引力理論的推論之一是宇宙的形狀取決於其中質量的多少。具體地講，無論宇宙是無限的還是強烈地彎曲到自身閉合程度，都取決於宇宙中物質的密度。已經計算出來，數值為10E－29克／厘米’即是以使宇宙閉合。當我們想到水的密度——約為1克／厘米’是這個密度的10E29倍時，看來這個密度並不是太大的。10E－29克／厘米’這麼大的密度相當於六立方英尺的容積內有一個氫原子。但是，如果我們計算一下可觀測到的宇宙的密度，即把某繪定區域內的各星係的質量相加除以該空間的體積，那麼將會發現，由此得出的密度大約要比10E－29克／厘米’小；～百倍。這充分地表明實際上是何等空虛，但卻使相信宇宙事實上是閉合的某些天文學家感到為難。如果他們是對的話，那麼這些失蹤的物質到哪裏去了呢？沒有任何人知道肯定的答案。
在較小尺度上仍然存在上述難題，兩月一在星係團範圍內更加難於解決。星係團內的多數星係具有如此高的速度，以致於星係四麵臨著遭到分崩離析的危險。每個星係團中各星係的已知質量似乎都沒有多到可維係它們在一起的程度。那麼，為什麼星係團沒有完全疏散開呢？對這個問題還不能立即找出一個簡單的答案。或許我們低估了星係的質量。也可能，整個導係團充滿了不可見的僅質量很大的天體，例如黑矮星或黑洞。究竟如何，誰也不知道。
更近一些，甚至在銀河係內我們也發現了質量失蹤的同樣問題。我們已經知道，暈族值量是來回通過銀盤上下振蕩的。我們可以確定暈族恒星的平均速度和它們在返回之前達到報道麵上方的平均高度。根據這個資料，我們就能夠確定銀盤本身的質量。計算是很簡單的，非常類似於通過上拋一個籃球來確定地球的質量。比如說，你在地球上可以把一個籃球拋到～定的高度。但是在另一個與地球大小相同但比地球質量大的行星上，你便不能把這個籃球拋到同樣的高度。用這種方法估算出的銀盤的質量叫做奧爾特極限（Oortlimit）。現在，如果我們把已觀測到的我們銀河係中的所有物質都加在一起，總共也隻有奧爾特極限的一半左右。我們不能確切地知道失蹤的物質在什麼地方。有人說，它潛藏在體積甚小難以觀測到的恒星裏麵。另一些人則說，它可能隱蔽在同樣難以捉摸的分子氫裏。誰是誰非，迄今誰也不能肯定。
7．宇宙的膨脹學
夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀10～20年代，天文學家發現遠星係光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠近而有規律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結出譜線紅移的規律是：對遙遠星係，紅移量與星係離我們的距離成正比，比例係數H叫哈勃常數，這紅移叫宇宙學紅移。此後，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規律。它被解釋為是由星係係統地向遠離我們的方向運動時的多普勒效應產主的。這就像火車遠離我們行駛時汽笛的聲調（即頻率）比靜止不動時的聲調更低一樣，由此得出星係都在做遠離我們的運動，離我們越遠運動速度越快的結論。這就好像是摻有葡萄幹的麵包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎上又提出了爆脹宇宙等多種改進模型。
從宇宙膨脹的觀點出發，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應該聚集於一點，由於某種原因在它內部產生了"大爆炸"。誕生了現在的宇宙，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結論。宇宙從大爆炸到現在究竟經過了多少時間，即宇宙的年齡是多少，這取決於哈勃常數H的大小。最初哈勃常數僅500（公裏／秒／百萬秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以後改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡隻有100億年，而銀河係的球狀星團的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那麼明顯，因此被大爆炸宇宙論者所讚同，但在觀測上，這個數值有些勉強。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠鏡觀測的結果傾向於取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，這要取決於宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因為觀測的距離越遠，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。1965年發現了宇宙空間的2。7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時期的光經過上百億年後的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據，但這種解釋並不是唯一的，因為宇宙空間中充滿介質，2。7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質，可以解釋為宇宙空間中介質發出的溫度是2。7K的熱輻射。
仔細分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星係運動的多普勒效應上。過去，人們曾用多普勒效應解釋了銀河係內恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星係內存在自轉現象。但現在天文觀測中卻發現一些紅移現象，若用運動的多普勒效應解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機製能產生紅移，這裏列舉幾種觀測結果。
①多普勒效應對同一個天體，其紅移量與光譜線的頻率無關，因此觀測每個星係中不同譜線的紅移量，比較它們是否一致，就是鑒別紅移是否由多普勒效應產生的一種依據。如果一致，就表示有可能是由多普勒效應產生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效應產生的。1949年威爾遜對星係NGC4151的觀測結果表明，雖然不同頻率的紅移量差別不大，但也超出了觀測的誤差範圍，頻率越高，紅移量越小。這樣至少可以認為宇宙紅移不完全是由多普勒效應產生的。
②從太陽中心到邊緣各點發出的同一種譜線，在扣除了各種已知的運動效應後，越靠近邊緣的地方紅移量越大，在太陽半徑90％左右的地方，紅移量急劇增加。這意味著太陽上還有某種未知的因素在產生紅移。
③先驅6號宇宙飛船發射的遙測信號中心頻率為2292兆赫，當飛船繞到太陽背麵經過太陽邊緣時觀測到異常紅移現象。
④類星體紅移量一般都很大，如果把這都歸結為多普勒效應，算出的距離一般在100百萬秒差距以上。由此推算出它發出的總光能力為銀河係的100倍；射電能為銀河係的10萬倍。
而由光變周期算出它的直徑隻有一光年左右，這意味著類星體的輻射密度非常高，但目前一直找不到產生這樣高輻射密度的物理機製。有些天文學家認為，類星體的紅移中至少有一部分不是由多普勒效應產生的，因而類星體離我們的距離較現在推算的要近得多。