Newsletter subscribe

A Brief History of Time, Universe

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#39 บทที่ 6 หลุมดำ : ดาวมืด

Posted: 19/11/2021 at 11:14   /   by   /   comments (0)

คำว่าหลุมดำมีต้นกำเนิดมาไม่นาน มันถูกประกาศในปี 1969 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ (John Wheeler) เพื่อเป็นคำอธิบายภาพเกี่ยวกับแนวคิดที่ย้อนกลับไปอย่างน้อยสองร้อยปี จนถึงช่วงเวลาที่มีทฤษฎีเกี่ยวกับแสงสองทฤษฎี

ทฤษฎีหนึ่งของนิวตัน – แสงประกอบด้วยอนุภาค; อีกทฤษฎีหนึ่ง – แสงสร้างมาจากคลื่น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจริง ๆ แล้วทั้งสองทฤษฎีนั้นถูกต้อง ทวิภาคของคลื่น–อนุภาค (wave/particle duality) ของกลศาสตร์ควอนตัม ถือได้ว่าแสงเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค 

ภายใต้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นคลื่น ยังไม่ชัดเจนว่าแสงจะตอบสนองต่อความโน้มถ่วงอย่างไร แต่ถ้าแสงประกอบด้วยอนุภาค พวกมันจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่ จรวด และดาวเคราะห์

ตอนแรกผู้คนคิดว่าอนุภาคของแสงเดินทางด้วยความเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจะไม่สามารถทำให้พวกมันช้าลงได้ แต่การค้นพบโดย โรเมอร์ (Roemer) ที่ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหมายความว่าความโน้มถ่วงอาจมีผลกระทบที่สำคัญ

 

จากข้อสันนิษฐานนี้ จอห์น มิเชลล์ (John Michell) แห่งเคมบริดจ์ ดอน เขียนบทความในปี 1783 ซึ่งตีพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอน เขาชี้ให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลและความหนาแน่นเพียงพอจะมีสนามโน้มถ่วงที่แรงมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้ แสงใดๆ ที่เปล่งออกมาจากพื้นผิวของดาวฤกษ์จะถูกดึงกลับโดยแรงดึงดูดของดาวฤกษ์ก่อนที่มันจะไปได้ไกล

มิเชลล์แนะนำว่าอาจมีดาวแบบนี้เป็นจำนวนมาก แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมัน เพราะแสงจากพวกมันไม่มาถึงเรา แต่เราอาจรับรู้ถึงแรงดึงดูดของพวกมัน วัตถุดังกล่าวเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า “หลุมดำ” ในขณะนี้ เพราะนั่นคือสิ่งที่พวกมันเป็น: ช่องว่างสีดำในอวกาศ

ในอีกไม่กี่ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส มาร์ควิส เดอ ลาปลาซ (Marquis de Laplace) ได้เสนอแนะแนวคิดที่คล้ายกันกับของมิเชลล์ โดยลาปลาซได้รวมไว้ในหนังสือ The System of the World ฉบับพิมพ์ครั้งแรกและครั้งที่สอง บางทีลาปลาซอาจว่ามันเป็นความคิดบ้าๆ (นอกจากนี้ ทฤษฎีอนุภาคของแสงไม่เป็นที่ชื่นชอบของนักวิทยาศาสตร์ในช่วงศตวรรษที่สิบเก้า ในขณะนั้นดูเหมือนว่าทุกสิ่งสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีคลื่น และตามทฤษฎีคลื่น แสงจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง)

 

ในความเป็นจริง มันไม่ถูกต้องในการที่แสงแสดงพฤติกรรมเหมือนลูกกระสุนปืนใหญ่ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน เพราะความเร็วของแสงคงที่ (ลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ยิงขึ้นจากพื้นโลกจะถูกทำให้ช้าลงด้วยแรงโน้มถ่วงและในที่สุดจะหยุดและวนกลับ แต่โฟตอนจะต้องเคลื่อนที่ขึ้นไปข้างบนด้วยความเร็วคงที่ แล้วแรงโน้มถ่วงของนิวตันจะส่งผลต่อแสงได้อย่างไร) จนกระทั่งไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 ที่ช่วยอธิบายเรื่องนี้ แม้ว่าจะต้องใช้เวลาหลายสิบปี กว่าจะเข้าใจความหมายของทฤษฎีสำหรับหลุมดำและดาวมวลมาก

 

 

Westlife – Starlight

 

 

หลุมดำ (Black Holes)

หลุมดำเป็นวัตถุที่แปลกประหลาดและน่าสนใจที่สุดในอวกาศ พวกมันเป็นพื้นที่ของอวกาศ-เวลา (space-time) ในจักรวาลที่มีความหนาแน่นและความโน้มถ่วงสูงมากซึ่งไม่มีสิ่งใดสามารถหลุดรอดออกไปได้แม้แต่แสง เราจึงไม่สามารถสังเกตเห็นพวกมันได้โดยตรง นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นภายในของหลุมดำได้ เพราะหลุมดำเป็นสถานที่ที่กฎของฟิสิกส์ถูกทำลายลง

คำว่า “หลุมดำ” ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1967 โดยนักฟิสิกส์ของพรินซ์ตัน จอห์น วีลเลอร์ (John Wheeler) ในระหว่างการพูดคุยที่สถาบัน NASA Goddard Institute of Space Studies (GISS)

การมีอยู่ของหลุมดำถูกเสนอครั้งแรกในปี 1783 จอห์น มิเชลล์ (John Michell) ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับดาวมืดซึ่งเป็นดาวที่มีขนาดใหญ่มากจนแรงโน้มถ่วงของมันดักจับแสง ในขณะที่มิเชลล์สร้างแนวคิดเรื่องหลุมดำแต่ก็ไม่ได้รับเครดิตเพราะเขาไม่เคยขยายความคิดของเขา เป็นเวลากว่าหนึ่งศตวรรษที่ทฤษฎีของวัตถุที่มีขนาดใหญ่พอที่จะดักจับแสงได้ถูกปล่อยให้อยู่ตามลำพัง จนกระทั่ง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 และทำนายการมีอยู่ของหลุมดำ ความสนใจในหลุมดำก็ปะทุขึ้น

 

ดาวมืด (Dark Stars)

เมื่อสองร้อยกว่าปีมาแล้ว ทฤษฎีที่เก่าแก่ที่สุดของหลุมดำถูกเสนอในปี 1783 โดย จอห์น มิเชลล์ (John Michell) ซึ่งเป็นนักบวช นักธรณีวิทยา นักดาราศาสตร์ และนักคณิตศาสตร์ ชาวอังกฤษ ในเอกสารที่จัดพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอน (Royal Society of London) มิเชลล์ได้ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำซึ่งเขาเรียกว่า “ดาวมืด (dark star)” ดาวมืดเหล่านี้เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากมหาศาล จนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีจากแรงโน้มถ่วงของมันได้ แนวคิดเกี่ยวกับดาวมืดของมิเชลล์อยู่บนพื้นฐานของกฎแรงโน้มถ่วงของเซอร์ไอแซก นิวตัน 

มิเชลล์มีความสนใจเป็นพิเศษในทฤษฎีคอพัสคิวลาร์ของแสง (Corpuscular theory of light) ของนิวตัน แนวคิดที่ว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ เรียกว่า “คอพัสเคิล (corpuscles)” ที่เดินทางเป็นเส้นตรงด้วยความเร็วจำกัดค่าหนึ่ง ทฤษฎีนี้คาดว่า corpuscles จะมีมวล ซึ่งหมายความว่าอนุภาคของแสงจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุ โดยแรงโน้มถ่วงสามารถชะลอความเร็วของแสงได้

การค้นพบของนิวตันประการหนึ่งก็คือ แรงโน้มถ่วงของวัตถุนั้นผูกติดกับมวลของมันโดยตรง และการวัดแรงโน้มถ่วงนี้สามารถแสดงเป็นหน่วยวัดความเร็ว (เช่น เมตรต่อวินาที) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นิวตันค้นพบว่าแรงโน้มถ่วงของวัตถุ เช่น โลก สามารถแสดงเป็นความเร็วหลุดพ้น (escape velocity) ซึ่งเป็นความเร็วน้อยที่สุดที่จะพาวัตถุไปได้ไกลจนพ้นจากอิทธิพลสนามความโน้มถ่วงของโลก ความเร็วหลุดพ้นของโลกอยู่ที่ประมาณ 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ในการส่งยานอวกาศออกไปสู่อวกาศ เพื่อที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก ยานอวกาศลำนั้นต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้นนั้น ถึงจะหนีจากแรงโน้มถ่วงของโลกได้

ตอนแรกผู้คนคิดว่าอนุภาคของแสงเดินทางด้วยความเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด และมนุษย์คงไม่สามารถวัดความเร็วของแสงได้ จนกระทั่งในช่วงทศวรรษที่ 1670 โอเลอ เรอเมอร์ (Ole Roemer) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ค้นพบหลักฐานสำหรับการวัดความเร็วแสง เนื่องจากตำแหน่งสัมพัทธ์ที่เปลี่ยนแปลงของดาวพฤหัสบดีและโลกในวงโคจรของพวกมัน ทำให้เวลาที่แสงมาถึงเราเปลี่ยนแปลงไป เขาคำนวณความเร็วของแสงไว้ที่ประมาณ 220,000 กิโลเมตร/วินาที (ตัวเลขความเร็วแสงในปัจจุบัน 299,792 กิโลเมตร/วินาที) 

เมื่อผสมผสานแนวคิดทั้งสามเรื่อง แสงประกอบขึ้นจากอนุภาค ความเร็วหลุดพ้น และแสงมีความเร็วจำกัด  มิเชลล์ให้เหตุผลว่าเมื่อดาวฤกษ์เปล่งแสง อนุภาคของแสงซึ่งโผล่ออกมาจากพื้นผิวของดาวฤกษ์ จะถูกชะลอความเร็วลงด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ เช่นเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่ จรวด หรือโพรเจกไทล์อื่นๆ ที่ถูกยิงขึ้นจากพื้นโลก ถ้าเราวัดความเร็วที่ลดลงของแสงจากดาวฤกษ์ได้ เขาคิดว่ามันอาจเป็นไปได้ที่จะคำนวณมวลของดาวฤกษ์

 

เนื่องจากแสงเป็นอนุภาคและมีมวล ดังนั้นแสงที่ถูกปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์ที่มีสนามโน้มถ่วงแรงมาก จึงควรถูกแรงโน้มถ่วงดึงกลับและชะลอความเร็วลง ในรูปภาพของมิเชลล์ แสงที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์จะเคลื่อนที่ขึ้น โค้งไปรอบๆ แล้วกลับลงมา

มิเชลล์เสนอว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลมหาศาลอาจมีอยู่จริง และถ้าเป็นเช่นนั้น แรงโน้มถ่วงของพวกมันก็จะมหาศาล แรงดึงดูดของพวกมันอาจแรงมากจนความเร็วหลุดพ้นสูงกว่าความเร็ว (จำกัด) ของแสง มิเชลล์รู้ความเร็วแสงโดยประมาณซึ่ง เรอเมอร์ ค้นพบในศตวรรษก่อน มิเชลล์จึงคำนวณได้ว่าความเร็วหลุดพ้นจะสูงกว่าความเร็วแสงจะเกิดกับดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ถึง 500 เท่า และเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่มีขนาดนี้นั้นแรงมากจนแสงที่มันปล่อยออกมาไม่สามารถออกจากดาวได้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่นักดาราศาสตร์คนใดจะมองเห็นดาวมืดเหล่านี้โดยตรงด้วยตามนุษย์และกล้องโทรทรรศน์

มิเชลล์อาจเป็นคนแรกที่รู้จักการเชื่อมโยงระหว่างแรงโน้มถ่วง ความเร็วหลุดพ้น และการดักจับแสง ที่นำไปสู่การสร้างหลุมดำ แต่มิเชลล์คิดผิดที่ว่าดาวมวลมากทำให้ความเร็วแสงช้าลง: ไอน์สไตน์ได้พิสูจน์ในปี 1905 ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่โดยไม่ขึ้นกับความแรงของแรงโน้มถ่วงในบริเวณนั้นๆ แสงจึงไม่สามารถชะลอและหยุดในลักษณะที่โปรเจกไทล์ปกติทำได้

ใช่ รายละเอียดผิดพลาด แต่แนวคิดพื้นฐานของเขาถูกต้อง ประเด็นสำคัญก็คือ มิเชลล์ได้จินตนาการถึงกรณีสุดโต่งที่แสงไม่สามารถหนีจากดาวได้ด้วยแรงโน้มถ่วงมหาศาลของมัน ดาวนั้นจึงมองไม่เห็นโดยผู้สังเกตการณ์ภายนอกทุกคน มิเชลล์ได้ค้นพบสิ่งที่จะกลายเป็นหลุมดำในที่สุด นี่คือเรื่องราวที่น่าทึ่งของมิเชลล์ และ “ดาวมืด” ของเขา

แม้ว่ามิเชลล์ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำ (ที่เขาเรียกว่าดาวมืด) แต่แนวคิดเรื่องดาวมืดถูกปฏิเสธจากนักวิทยาศาสตร์ในเวลาต่อมา เมื่อทฤษฎีอนุภาคของแสงของนิวตันถูกแทนที่โดยทฤษฎีคลื่นของแสงหลังจากการทดลองของโธมัส ยัง (Thomas Young) ในปี 1801 ที่แสดงให้เห็นว่าแสงนั้นเป็นคลื่น ดังนั้นจึงไม่ได้รับผลกระทบจากสนามโน้มถ่วง ดาวมืดไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากแสงไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสนามโน้มถ่วง ดังนั้นงานของมิเชลล์จึงถูกมองข้ามไป

หลังจากที่มิเชลล์นำเสนอการมีอยู่ของ “ดาวมืด” นักฟิสิกส์ต้องใช้เวลาถึง 132 ปีในการทำความเข้าใจว่าแสงซึ่งแสดงพฤติกรรมเป็นทั้ง “คลื่น” และ “อนุภาค” จะทำงานอย่างไรภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วง ซึ่ง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) อธิบายเรื่องนี้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ของไอน์สไตน์เปลี่ยนวิธีที่เราคิดและเข้าใจแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีของไอน์สไตน์อธิบายว่าแรงโน้มถ่วงเป็นการบิดเบือนของอวกาศ-เวลา และแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของแสง สิ่งนี้สนับสนุนให้นักวิทยาศาสตร์หันกลับมาพิจารณาความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของหลุมดำอีกครั้ง

เพียงไม่กี่เดือนหลังไอน์สไตน์ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คาร์ล ชวาทซ์ชิลท์ (Karl Schwarzschild) ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคำนวณรัศมีของทรงกลม ซึ่งถ้ามวลทั้งหมดของทรงกลมถูกบีบอัดเข้าไปในพื้นที่ขนาดเล็ก สสารและแสงจะไม่สามารถหลบหนีได้ ขอบเขตที่แสงหรือข้อมูลใดๆ ไม่สามารถย้อนกลับมาได้ นี้เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event horizon)” และรัศมีชวาร์ซชิลด์เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้ว่าเป็นรัศมีของขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำที่ไม่หมุน

และชวาร์ซชิลด์อธิบายในปี 1916 ว่าความเร็วในการหลบหนีออกจากหลุมดำต้องมากกว่าความเร็วแสง แม้ว่าแสงจะเดินทางด้วยความเร็วคงที่ แต่พื้นที่รอบๆ หลุมดำเหล่านี้ก็จะโค้งแสงนั้นเข้าด้านใน ดึงมันลงมาเหมือนน้ำที่ไหลวนอยู่ในท่อระบายน้ำ

 

 

ดาวมืดของมิเชลล์แตกต่างจากหลุมดำของชวาร์ซชิลด์ ในขณะที่หลุมดำเป็นวัตถุขนาดมหึมาที่มวลถูกบีบอัดจนถึงจุดที่มีความหนาแน่นอย่างไม่สิ้นสุด แต่ดาวมืดของมิเชลล์นั้นมีขนาดใหญ่อย่างเหลือเชื่อ — ประมาณ 500 เท่าของมวลดวงอาทิตย์หรือมากกว่านั้น

มิเชลล์แนะนำว่าอาจมี “ดาวมืด” จำนวนมากในจักรวาล แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมันเพราะแสงจากพวกมันไม่มาถึงเรา แต่เราสามารถสังเกตุผลกระทบจากแรงดึงดูดของพวกมันได้ และวันนี้นักดาราศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำมีอยู่จริงที่ใจกลางกาแล็กซี่ มิเชลล์ไม่เพียงแต่ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำที่เป็นไปได้เท่านั้น เขายังบอกเราด้วยว่าจะตรวจจับได้อย่างไร มิเชลล์เขียนว่านักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับ “ดาวมืด” ดังกล่าวได้โดยอ้อม ด้วยการมองหาระบบดาวคู่ที่มีดาวฤกษ์สองดวง แต่จะมองเห็นดาวเพียงดวงเดียว เขากล่าวว่าถ้าดาวดวงอื่นซึ่งสามารถสังเกตแสงได้โคจรรอบดาวฤกษ์ที่มองไม่เห็นหรือดาวมืดเหล่านี้ เราสามารถมองหาผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของดาวมืดต่อดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงได้

 

มิเชลล์พูดถูก ระบบดาวคู่เช่นนี้เป็นหนึ่งในเทคนิคหลักที่นักดาราศาสตร์ใช้ในค้นหาการมีอยู่ของหลุมดำในปัจจุบัน ปัจจุบันมีผู้ค้นพบหลุมดำจำนวนหนึ่งจากการสังเกตุระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดที่เรียกว่า “X-ray compact binary system” ซึ่งดาวที่อยู่ในระบบดาวคู่นี้สามารถแลกเปลี่ยนมวลได้ ดาวฤกษ์ข้างเคียงที่มองเห็นได้จะถูกคู่หูที่เป็นหลุมดำดูดก๊าซในชั้นนอกของมันอย่างช้าๆ ก๊าซที่หมุนวนเข้าหาหลุมดำจะกลายเป็นแผ่นดิสก์สะสม ที่ขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และเคลื่อนที่รอบๆ หลุมดำด้วยความเร็วสูงอันเนื่องจากสนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของหลุมดำ ด้วยความเร็วที่สูงมากและแรงเสียดทานที่เกิดจากการชนกันระหว่างอนุภาคในก๊าซจะทำให้พวกมันร้อนขึ้นมากอย่างมหาศาลถึงหลายล้านองศา จนปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมากในรูปแบบของการแผ่รังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอกซ์ ก่อนที่สสารจะตกลงสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ 

นี่เป็นหลักฐานหนึ่งที่ดีที่สุดเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำ และเป็นแนวคิดเดียวกันกับที่จอห์น มิเชลล์เสนอเมื่อสองร้อยกว่าปีมาแล้ว!

 

 

Disturbed – The Light

 

 

มากกว่าหนึ่งทศวรรษหลังจาก จอห์น มิเชลล์ (John Michell) เขียนเกี่ยวกับ “ดาวมืด (dark star)” ซึ่งแสงไม่สามารถหลบหนีได้ นักวิทยาศาสตร์อีกคนหยิบประเด็นเดียวกันนี้ขึ้นมา: นักคณิตศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์-ซิมง มาร์ควิส เดอ ลาปลาซ (Pierre-Simon, marquis de Laplace ) – ในหนังสือของเขาที่ตีพิมพ์ในปี 1796 บรรยายถึงแนวคิดของดาวมวลสูงที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมากจนไม่มีแสงเล็ดลอดออกมาจากพื้นผิวของมัน ซึ่งอิงตามกลศาสตร์คลาสสิกของนิวตัน; แสงประกอบด้วย corpuscles ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กมาก

ลาปลาซได้ทำการคำนวณที่คล้ายกันกับมิเชลล์ โดยใช้กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันทำนายการมีอยู่ของดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีจากแรงโน้มถ่วงของมันได้ ลาปลาซเรียกวัตถุนี้ว่า “ร่างที่มืด (dark body)” แต่มีข้อสรุปที่แตกต่างกันกับของมิเชลล์ เกี่ยวกับอัตราส่วนของความหนาแน่นและขนาดของร่างที่มืด

แนวคิดเกี่ยวกับดาวที่มองไม่เห็นของทั้งมิเชลล์และลาปลาซได้รับความสนใจเพียงเล็กน้อยในศตวรรษที่สิบเก้า เนื่องจากในขณะนั้น นักวิทยาศาสตร์คิดว่าแสงเป็นคลื่นไร้มวล จึงไม่ได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วง เป็นเวลากว่าหนึ่งศตวรรษที่ทฤษฎีของวัตถุที่มีมวลมากพอที่จะดักจับแสงได้ถูกทิ้งไว้เพียงลำพัง เนื่องจากนักฟิสิกส์มุ่งความสนใจไปที่แง่มุมอื่นๆ ของจักรวาล ต่อมาเมื่อ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความสนใจในหลุมดำก็ปะทุขึ้น