Що означає відкриття чорних дірок. Чорні дірки: найтаємничіші об'єкти Всесвіту. Як вмирають чорні дірки

Чорна діра - область простору-часу, гравітаційно тяжіння якої настільки велике, що покинути її не можуть навіть об'єкти, що рухаються зі швидкістю світла, у тому числі кванти самого світла. Кордон цієї області називається горизонтом подій, та її характерний розмір - гравітаційним радіусом.

Вперше ідея про «чорну дірку» виникла в 1916 році, коли фізик Шварцшильд вирішував рівняння Ейнштейна. Математика привела до дивного висновку про існування компактних об'єктів, навколо яких виникає обрій подій з цікавими властивостями. Але самого терміна «чорна діра» тоді ще не було. Горизонт подій - це область простору, що оточує чорну дірку, потрапивши в яку речовина вже ніколи не зможе покинути цю область і провалиться в чорну дірку. Світло ще може подолати величезну силу гравітації, послати останні потоки від речовини, що пропадає, але тільки протягом невеликого проміжку часу, поки падаюча речовина не потрапить в так звану зону сингулярності, за яку вже не Карл Шварцшильд, німецький астроном, один з основоположників теоретичної астрофізики

У 1930-х роках Чедвік відкрив нейтрон. Незабаром була висловлена ​​гіпотеза про існування нейтринних зірок, які при великих масах виявляються нестійкими і стискаються до колапсу. Терміну "чорна діра" все ще не було. І лише наприкінці 1960-х американець Джон Уілер промовив "чорна діра". Це точка у просторі, де під впливом гравітаційних сил зникають матерія та енергія. У цьому місці гравітаційні сили настільки великі, що все, що виявляється поблизу, буквально засмоктується всередину. Навіть світлові промені не можуть вирватися звідти, тому чорна дірка абсолютно невидима. Джон Вілер, американський фізик.

Виявити "чорну дірку" можна за специфічним рентгенівським випромінюванням, яке утворюється, коли вона засмоктує в себе речовину. У 1970-х роках американський супутник "Ухуру" (на одному з африканських діалектів – "Свобода") зафіксував специфічне рентгенівське випромінювання. З того часу "чорна діра" існує не лише у розрахунках. Саме за ці дослідження Нобелівську премію 2002 отримав Ріккардо Джакконі. Ріккардо Джакконі, американський фізик італійського походження, лауреат Нобелівської премії з фізики у 2002 р. «за створення рентгенівської астрономії та винахід рентгенівського телескопа»

На даний момент вченими виявлено близько тисячі об'єктів у Всесвіті, які зараховуються до чорних дірок. Загалом, припускають вчені, існують десятки мільйонів таких об'єктів. В даний час єдиний достовірний спосіб відрізнити чорну дірку від об'єкта іншого типу полягає в тому, щоб виміряти масу і розміри об'єкта і порівняти його радіус з гравітаційним радіусом, який задається формулою = , де G - постійна гравітаційна, M - маса об'єкта, c - Надмасивні чорні діри швидкість світла. Великі чорні дірки, що розрослися, утворюють ядра більшості галактик. Серед них і масивна чорна діра в ядрі нашої галактики - Стрілець A*, що є найближчою до Сонця надмасивною чорною дірою. Нині існування чорних дірок зоряних і галактичних масштабів вважається більшістю вчених надійно доведеним астрономічними спостереженнями. Американські астрономи встановили, що маси надмасивних чорних дірок може бути значно недооцінені. Дослідники встановили, що для того, щоб зірки рухалися в галактиці М87 (яка розташована на відстані 50 мільйонів світлових років від Землі) так, як це спостерігається зараз, маса центральної чорної діри повинна бути як Радіогалактика Живопису ц A, видно рентгенівське випромінювання ) довжиною 300 тис. світлових років, що виходить з

Виявлення надмасивних чорних дірок Найбільш надійними вважаються свідчення про існування надмасивних чорних дірок у центральних областях галактик. Сьогодні роздільна здатність телескопів недостатня для того, щоб розрізняти області простору розміром порядку гравітаційного радіусу чорної діри. Існує безліч способів визначити масу і орієнтовні розміри надмасивного тіла, проте більшість з них засноване на вимірі характеристик орбіт об'єктів, що обертаються навколо них (зірок, радіоджерел, газових дисків). У найпростішому і досить часто зустрічається випадку звернення відбувається по кеплерівських орбітах, про що свідчить пропорційність швидкості обертання супутника квадратного кореня з великої півосі орбіти: . В цьому випадку маса центрального тіла знаходиться за відомою формулою.

Наукове мислення часом конструює об'єкти з такими парадоксальними властивостями, що навіть найпроникливіші вчені спочатку відмовляють їм у визнанні. Найочевидніший приклад в історії новітньої фізики — багаторічна відсутність інтересу до чорних дірок, екстремальних станів гравітаційного поля, передбачених майже 90 років тому. Довгий час їх вважали суто теоретичною абстракцією, і лише у 1960-70-ті роки увірували у їхню реальність. Проте основне рівняння теорії чорних дірок було виведено понад двісті років тому.

Осяяння Джона Мічелла

Ім'я Джона Мічелла, фізика, астронома та геолога, професора Кембриджського університету та пастора англіканської церкви, абсолютно незаслужено загубилося серед зірок англійської науки XVIII століття. Мічелл заклав основи сейсмології - науки про землетруси, виконав чудове дослідження магнетизму і задовго до Кулону винайшов крутильні ваги, які використовував для гравіметричних вимірів. У 1783 році він спробував об'єднати два великі твори Ньютона - механіку та оптику. Ньютон вважав світло потоком найдрібніших частинок. Мічелл припустив, що світлові корпускули, як і проста матерія, підпорядковуються законам механіки. Наслідок цієї гіпотези виявився дуже нетривіальним — небесні тіла можуть перетворитися на пастки для світла.

Як міркував Мічелл? Гарматне ядро, вистрілене з поверхні планети, повністю подолає її тяжіння, якщо його початкова швидкість перевищить значення, зване тепер другий космічною швидкістю і швидкістю втікання. Якщо гравітація планети така сильна, що швидкість втікання перевищує швидкість світла, випущені в зеніт світлові корпускули не зможуть піти в нескінченність. Це ж станеться і з відбитим світлом. Отже, для дуже віддаленого спостерігача планета виявиться невидимою. Мічелл обчислив критичне значення радіуса такої планети R кр залежно від її маси М, наведеної до маси Сонця M s: R кр = 3 км x M/M s .

Джон Мічелл вірив своїм формулам і припускав, що глибини космосу приховують безліч зірок, які з Землі не можна розглянути в жодному телескопі. Пізніше такого висновку дійшов великий французький математик, астроном і фізик П'єр Симон Лаплас, який включив його і в перше (1796), і в друге (1799) видання свого «Виклади системи світу». А ось третє видання побачило світ 1808 року, коли більшість фізиків вже вважало світло коливаннями ефіру. Існування «невидимих» зірок суперечило хвильовій теорії світла, і Лаплас вважав за краще про них просто не згадувати. У наступні часи цю ідею вважали курйозом, гідним викладу лише у працях з історії фізики.

Модель Шварцшільда

У листопаді 1915 Альберт Ейнштейн опублікував теорію гравітації, яку він назвав загальною теорією відносності (ОТО). Ця робота відразу ж знайшла вдячного читача в особі його колеги у Берлінській Академії наук Карла Шварцшильда. Саме Шварцшильд першим у світі застосував ОТО для вирішення конкретного астрофізичного завдання, розрахунку метрики простору-часу поза і всередині сферичного тіла, що не обертається (для конкретності називатимемо його зіркою).

З обчислень Шварцшильда випливає, що тяжіння зірки не надто спотворює ньютонівську структуру простору і часу лише в тому випадку, якщо її радіус набагато більший за ту саму величину, яку обчислив Джон Мічелл! Цей параметр спочатку називали радіусом Шварцшильда, а тепер називають гравітаційним радіусом. Згідно з ВТО, тяжіння не впливає на швидкість світла, але зменшує частоту світлових коливань у тій самій пропорції, в якій уповільнює час. Якщо радіус зірки вчетверо перевищує гравітаційний радіус, то потік часу її поверхні сповільнюється на 15%, а простір набуває відчутну кривизну. При дворазовому перевищенні воно викривляється сильніше, а час уповільнює свій біг на 41%. При досягненні гравітаційного радіусу час на поверхні зірки повністю зупиняється (всі частоти занулюються, випромінювання заморожується, і зірка гасне), проте кривизна простору там усе ще кінцева. Вдалині від світила геометрія, як і раніше, залишається евклідовою, та й час не змінює своєї швидкості.

Незважаючи на те, що значення гравітаційного радіусу у Мічелла та Шварцшильда збігаються, самі моделі не мають нічого спільного. У Мічелла простір і час не змінюються, а світло сповільнюється. Зірка, розміри якої менші за її гравітаційний радіус, продовжує світити, проте видно її лише не надто віддаленому спостерігачеві. У Шварцшильда швидкість світла абсолютна, але структура простору і часу залежить від тяжіння. Зірка, що провалилася під гравітаційний радіус, зникає для будь-якого спостерігача, де б він не знаходився (точніше, її можна виявити за гравітаційними ефектами, але аж ніяк не з випромінювання).

Від невіри до затвердження

Шварцшильд та її сучасники вважали, що такі дивні космічні об'єкти у природі немає. Сам Ейнштейн не тільки дотримувався цієї точки зору, але й помилково вважав, що йому вдалося довести свою думку математично.

У 1930-і роки молодий індійський астрофізик Чандрасекар довів, що зірка, що втратила ядерне паливо, скидає оболонку і перетворюється на повільно остигаючий білий карлик лише в тому випадку, якщо її маса менше 1,4 мас Сонця. Незабаром американець Фріц Цвіккі здогадався, що під час вибухів наднових виникають надзвичайно щільні тіла з нейтронної матерії; Пізніше цього ж висновку дійшов і Лев Ландау. Після робіт Чандрасекара було очевидно, що подібну еволюцію можуть зазнати лише зірки з масою понад 1,4 маси Сонця. Тому виникло природне питання — чи існує верхня межа маси для наднових, які залишають по собі нейтронні зірки?

Наприкінці 30-х років майбутній батько американської атомної бомби Роберт Оппенгеймер встановив, що така межа дійсно є і не перевищує кількох сонячних мас. Дати більш точну оцінку тоді було можливості; Тепер відомо, що маси нейтронних зірок повинні бути в інтервалі 1,5-3 M s . Але навіть із приблизних обчислень Оппенгеймера та його аспіранта Джорджа Волкова випливало, що найпотужніші нащадки наднових не стають нейтронними зірками, а переходять у якийсь інший стан. У 1939 році Оппенгеймер і Хартланд Снайдер на ідеалізованій моделі довели, що масивна зірка, що колапсує, стягується до свого гравітаційного радіусу. З їхньої формул фактично випливає, що зірка на цьому не зупиняється, проте співавтори утрималися від такого радикального висновку.

Остаточна відповідь була знайдена у другій половині XX століття зусиллями цілої плеяди блискучих фізиків-теоретиків, у тому числі й радянських. Виявилося, що подібний колапс завждистискає зірку «до упору», повністю руйнуючи її речовину. В результаті виникає сингулярність, "суперконцентрат" гравітаційного поля, замкнений у нескінченно малому обсязі. У нерухомої дірки це точка, у обертової кільце. Кривизна простору-часу і, отже, сила тяжіння поблизу сингулярності прагнуть нескінченності. Наприкінці 1967 року американський фізик Джон Арчібальд Уілер першим назвав такий фінал зіркового колапсу чорною діркою. Новий термін сподобався фізикам і захопив журналістів, які рознесли його по всьому світу (хоча французам він спочатку не сподобався, оскільки вираз trou noir наводив на сумнівні асоціації).

Там, за обрієм

Чорна діра – це не речовина і не випромінювання. З деякою часткою образності можна сказати, що це гравітаційне поле, що самопідтримується, сконцентроване в сильно викривленій області простору-часу. Її зовнішня межа визначається замкнутою поверхнею, горизонтом подій. Якщо зірка перед колапсом не оберталася, ця поверхня виявляється правильною сферою, радіус якої збігається із радіусом Шварцшильда.

Фізичний сенс обрію дуже наочний. Світловий сигнал, надісланий з його зовнішнього околиці, може піти на нескінченно далеку дистанцію. А ось сигнали, відправлені з внутрішньої області, не тільки не перетнуть горизонту, а й неминуче «проваляться» в сингулярність. Горизонт - це просторовий кордон між подіями, які можуть стати відомі земним (і будь-яким іншим) астрономам, і подіями, інформація про які ні за якого розкладу не вийде назовні.

Як і належить «по Шварцшильду», далеко від горизонту тяжіння діри обернено пропорційно квадрату відстані, тому для віддаленого спостерігача вона проявляє себе як звичайне важке тіло. Крім маси, діра успадковує момент інерції зірки, що колапсувала, і її електричний заряд. А всі інші характеристики зірки-попередниці (структура, склад, спектральний клас тощо) йдуть у небуття.

Відправимо до діри зонд із радіостанцією, що подає сигнал раз на секунду за бортовим часом. Для віддаленого спостерігача з наближенням зонда до горизонту інтервали часу між сигналами збільшуватимуться — у принципі, необмежено. Як тільки корабель перетне невидимий обрій, він повністю замовкне для «наддирного» світу. Однак це зникнення не виявиться безслідним, оскільки зонд віддасть дірці свою масу, заряд і крутний момент.

Чорнодирне випромінювання

Усі попередні моделі були збудовані виключно на основі ОТО. Проте наш світ керується законами квантової механіки, які не оминають і чорні дірки. Ці закони неможливо вважати центральну сингулярність математичної точкою. У квантовому контексті її діаметр визначається довжиною Планка-Уілера, приблизно рівною 10 -33 сантиметри. У цій галузі звичайний простір перестає існувати. Прийнято вважати, що центр діри нафарширований різноманітними топологічними структурами, які виникають і гинуть відповідно до квантових ймовірнісних закономірностей. Властивості подібного бульбашкового квазіпростору, яке Уілер назвав квантовою піною, ще мало вивчені.

Наявність квантової сингулярності має пряме відношення до долі матеріальних тіл, що падають углиб чорної дірки. При наближенні до центру діри будь-який об'єкт, виготовлений із нині відомих матеріалів, буде роздавлений та розірваний приливними силами. Однак навіть якщо майбутні інженери та технологи створять якісь надміцні сплави та композити з небаченими нині властивостями, всі вони все одно приречені на зникнення: адже у зоні сингулярності немає ні звичного часу, ні звичного простору.

Тепер розглянемо в квантовомеханічну лупу горизонт дірки. Порожній простір — фізичний вакуум — насправді не порожній. Через квантові флуктуації різних полів у вакуумі безперервно народжується і гине безліч віртуальних частинок. Оскільки тяжіння біля горизонту дуже велике, його флуктуації утворюють надзвичайно сильні гравітаційні сплески. При розгоні в таких полях новонароджені «віртуали» набувають додаткової енергії і часом стають нормальними довгоживучими частинками.

Віртуальні частки завжди народжуються парами, які рухаються у протилежних напрямках (цього вимагає закон збереження імпульсу). Якщо гравітаційна флуктуація витягне з вакууму пару частинок, може статися так, що одна з них матеріалізується зовні горизонту, а друга (античастка першої) - усередині. «Внутрішня» частка провалиться в дірку, а ось «зовнішня» за сприятливих умов може піти. В результаті діра перетворюється на джерело випромінювання і тому втрачає енергію і, отже, масу. Тому чорні дірки, в принципі, не стабільні.

Цей феномен називається ефектом Хокінга на честь чудового англійського фізика-теоретика, який його відкрив у середині 1970-х років. Стівен Хокінг, зокрема, довів, що горизонт чорної діри випромінює фотони точно так, як і абсолютно чорне тіло, нагріте до температури T = 0,5 x 10 -7 x M s /M. Звідси випливає, що з схуднення дірки її температура зростає, а «випаровування», природно, посилюється. Цей процес є надзвичайно повільним, і час життя діри маси M становить близько 10 65 x (M/M s) 3 років. Коли її розмір стає рівним довжині Планка-Вілера, дірка втрачає стабільність і вибухає, виділяючи ту ж енергію, що й одночасний вибух мільйона десятимегатонних водневих бомб. Цікаво, що маса дірки в момент її зникнення все ще досить велика, 22 мікрограми. Згідно з деякими моделями, діра не зникає безвісти, а залишає після себе стабільний релікт такої ж маси, так званий максимон.

Максимоннародився 40 років тому як термін і як фізична ідея. У 1965 року академік М. А. Марков припустив, що є верхня межа маси елементарних частинок. Він запропонував вважати цим граничним значенням величину розмірності маси, яку можна скомбінувати з трьох фундаментальних фізичних констант – постійної Планка h, швидкості світла C та гравітаційної постійної G (для любителів подробиць: для цього треба перемножити h та C, розділити результат на G та витягти квадратний корінь). Це ті самі 22 мікрограми, про які йдеться у статті, цю величину називають планківською масою. З тих самих констант можна сконструювати величину з розмірністю довжини (вийде довжина Планка-Уілера, 10 -33 см) і з розмірністю часу (10 -43 сек).
Марков пішов у своїх міркуваннях і надалі. Згідно з його гіпотезою, випаровування чорної діри призводить до утворення «сухого залишку» — максимону. Марков назвав такі структури елементарними чорними дірками. Наскільки ця теорія відповідає реальності, поки що питання є відкритим. У всякому разі, аналоги марківських максимонів відроджені в деяких моделях чорних дірок, виконаних на основі теорії суперструн.

Глибині космосу

Чорні дірки не заборонені законами фізики, але чи існують вони у природі? Цілком суворі докази наявності в космосі хоч одного подібного об'єкта поки що не знайдено. Проте ймовірно, що у деяких подвійних системах джерелами рентгенівського випромінювання є чорні діри зоряного походження. Це випромінювання має виникати внаслідок відсмоктування атмосфери звичайної зірки гравітаційним полем діри-сусідки. Газ під час руху до горизонту подій сильно нагрівається та випускає рентгенівські кванти. Не менше двох десятків рентгенівських джерел зараз вважаються підходящими кандидатами на роль чорних дірок. Більше того, дані зоряної статистики дозволяють припустити, що лише в нашій Галактиці існує близько десяти мільйонів дірок зоряного походження.

Чорні дірки можуть формуватися й у процесі гравітаційного згущення речовини у галактичних ядрах. Так виникають велетенські дірки з масою в мільйони і мільярди сонячних, які, ймовірно, є в багатьох галактиках. Зважаючи на все, у закритому пиловими хмарами центрі Чумацького Шляху ховається дірка з масою 3-4 мільйони мас Сонця.

Стівен Хокінг дійшов висновку, що чорні дірки довільної маси могли народжуватися й одразу після Великого Вибуху, що дав початок Всесвіту. Первинні дірки масою до мільярда тонн вже випарувалися, але важчі можуть і зараз ховатися в глибинах космосу і в свій термін влаштовувати космічний феєрверк у вигляді потужних спалахів гамма-випромінювання. Проте досі таких вибухів жодного разу не спостерігалося.

Фабрика чорних дірок

А чи не можна розігнати частинки в прискорювачі до такої високої енергії, щоб їхнє зіткнення породило чорну дірку? На перший погляд, ця ідея просто божевільна — вибух дірки знищить живе на Землі. До того ж вона технічно неможлива. Якщо мінімальна маса діри дійсно дорівнює 22 мікрограм, то в енергетичних одиницях це 10 28 електронвольт. Цей поріг на 15 порядків перевищує можливості найпотужнішого у світі прискорювача, Великого адронного колайдера (БАК), який буде запущений у ЦЕРНі у 2007 році.

Однак не виключено, що стандартна оцінка мінімальної маси діри значно завищена. У всякому разі, так стверджують фізики, що розробляють теорію суперструн, яка включає і квантову теорію гравітації (щоправда, далеко не завершену). Відповідно до цієї теорії, простір має не три виміри, а не менше дев'яти. Ми не помічаємо додаткових вимірів, оскільки вони закольцовані в таких малих масштабах, що наші прилади їх не сприймають. Проте гравітація всюдисуща, вона проникає й у приховані виміри. У тривимірному просторі сила тяжіння обернено пропорційна квадрату відстані, а в дев'ятивимірному — восьмому ступені. Тому в багатовимірному світі напруженість гравітаційного поля при зменшенні дистанції зростає набагато швидше, ніж тривимірному. І тут планковская довжина багаторазово збільшується, а мінімальна маса дірки різко падає.

Теорія струн передбачає, що в дев'ятивимірному просторі може народитися чорна дірка з масою всього лише в 10 -20 г. Приблизно така ж і розрахункова маса релятивістів протонів, розігнаних в церновському суперприскорювачі. Згідно з найбільш оптимістичним сценарієм, він зможе щомиті виробляти по одній дірці, яка проживе близько 10 -26 секунд. У процесі її випаровування будуть народжуватися різні елементарні частинки, які нескладно зареєструвати. Зникнення дірки призведе до виділення енергії, якої не вистачить навіть для того, щоб нагріти одним мікрограмом води на тисячну градуси. Тому є надія, що ВАК перетвориться на фабрику нешкідливих чорних дірок. Якщо ці моделі вірні, такі діри зможуть реєструвати і орбітальні детектори космічних променів нового покоління.

Все вищеописане відноситься до нерухомих чорних дірок. Тим часом, існують і діри, що обертаються, що володіють букетом найцікавіших властивостей. Результати теоретичного аналізу чорнодирного випромінювання призвели також до серйозного переосмислення поняття ентропії, яке також заслуговує на окрему розмову. Про це у наступному номері.

Гіпотеза існування чорних дірок була вперше висунута англійським астрономом Дж. Мічеллом у 1783 р. на основі корпускулярної теорії світла та ньютонівської теорії тяжіння. На той час хвильова теорія Гюйгенса та його знаменитий хвильовий принцип були просто забуті. Не допомогла хвильової теорії підтримка деяких маститих вчених, зокрема, відомих петербурзьких академіків М.В. Ломоносова та Л. Ейлера. Логіка міркувань, що привела Мічелла до поняття чорної діри, дуже проста: якщо світло складається з частинок-корпускул світлоносного ефіру, то ці частинки повинні відчувати, як інші тіла, тяжіння з боку гравітаційного поля. Отже, чим масивніша зірка (або планета), тим більше тяжіння з її боку повинні відчувати корпускули і тим важче світла покинути поверхню такого тіла.

Подальша логіка підказує, що в природі можуть існувати такі масивні зірки, тяжіння яких корпускули вже не зможуть подолати, і вони завжди будуть чорними для зовнішнього спостерігача, хоча самі по собі можуть світитися сліпучим блиском, як Сонце. Фізично це означає, що друга космічна швидкість на поверхні такої зірки має бути не меншою за швидкість світла. Обчислення Мічелла дають, що світло ніколи не покине зірку, якщо її радіус при середній сонячній щільності дорівнюватиме 500 сонячним. Ось таку зірку і можна назвати чорною дірою.

Через 13 років французький математик та астроном П.С. Лаплас висловив, найімовірніше, незалежно від Мічелла, аналогічну гіпотезу про існування подібних екзотичних об'єктів. Використовуючи громіздкий метод обчислення, Лаплас знайшов радіус кулі для заданої щільності, на поверхні якого параболічна швидкість дорівнює швидкості світла. На думку Лапласа, корпускули світла, будучи частинками, що тяжіють, повинні затримуватися випромінюючими світло масивними зірками, які мають щільність, рівну щільності Землі, а радіус більше сонячного в 250 разів.

Ця теорія Лапласа увійшла лише в перші два прижиттєві видання його знаменитої книги «Виклад системи світу», що вийшла у світ у 1796 та 1799 рр. Так, мабуть, ще австрійський астроном Ф. К. фон Цах зацікавився теорією Лапласа, опублікувавши її в 1798 під назвою «Доказ теореми про те, що сила тяжіння важкого тіла може бути настільки великий, що світло не може випливати з нього».

На цьому історія дослідження чорних дірок призупинилася на понад 100 років. Схоже, сам Лаплас тихо відмовився від такої екстравагантної гіпотези, оскільки він її виключив із усіх інших прижиттєвих видань своєї книги, яка виходила у 1808, 1813 та 1824 рр. Можливо, Лаплас не хотів більше тиражувати майже фантастичну гіпотезу про колосальні зірки, що не випускають світло. Можливо, його зупинили нові астрономічні дані про незмінність величини аберації світла у різних зірок, що суперечило деяким висновкам його теорії, виходячи з якої він будував свої обчислення. Але найімовірнішою причиною того, що про загадкові гіпотетичні об'єкти Мічелла-Лапласа всі забули, є торжество хвильової теорії світла, тріумфальна хода якої почалася з перших років XIX ст.

Початок цього тріумфу поклала Букерівська лекція англійського фізика Т. Юнга «Теорія світла та кольору», опублікована в 1801 р., де Юнг сміливо, всупереч Ньютону та іншим знаменитим прихильникам корпускулярної теорії (у тому числі і Лапласу), виклав сутність хвильової теорії світла, кажучи, що світло, що випромінюється, складається з хвилеподібних рухів світлоносного ефіру. Лаплас, окрилений відкриттям поляризації світла, почав «рятувати» корпускули, побудувавши теорію подвійного променезаломлення світла в кристалах на основі подвійної дії молекул кристала на світлові корпускули. Але подальші праці фізиків О.Ж. Френеля, Ф.Д. Арагон, Й. Фраунгофера та інших каменя на камені не залишили від корпускулярної теорії, яку серйозно згадали лише століття, після відкриття квантів. Всі міркування про чорні діри в рамках хвильової теорії світла на той час виглядали безглуздо.

Відразу не згадали про чорні діри і після «реабілітації» корпускулярної теорії світла, коли про неї заговорили на новому якісному рівні завдяки гіпотезі квантів (1900) та фотонів (1905). Чорні діри були вдруге перевідкриті лише після створення ОТО в 1916 р., коли німецький фізик-теоретик та астроном К. Шварцшильд через кілька місяців після публікації рівнянь Ейнштейна з їхньою допомогою досліджував структуру викривленого простору-часу на околиці Сонця. У результаті він знову відкрив феномен чорних дірок, але на більш глибокому рівні.

Остаточне теоретичне відкриття чорних дірок відбулося в 1939 р., коли Оппенгеймер і Снайдер провели перше явне рішення рівнянь Ейнштейна при описі процесу формування чорної діри з хмари пилу, що стискається. Сам термін «чорна діра» вперше був уведений у науку американським фізиком Дж. Уіллером у 1968 р., у роки бурхливого відродження інтересу до ОТО, космології та астрофізики, викликаного досягненнями позаатмосферної (зокрема, рентгенівської) астрономії, відкриттям реліктового випромінювання, пульсарів квазарів.