Met behulp van de wetten van Newton kun je de ontsnappingssnelheid van een hemellichaam berekenen, de snelheid die nodig is om het oppervlak van dat hemellichaam te verlaten en er nooit meer op terug te vallen. Een zwaarder hemellichaam (meer massa) oefent meer zwaartekracht uit dan een lichter hemellichaam (minder massa) en daarnaast bepaalt de diameter mede de ontsnappingssnelheid, want deze is evenredig met (de wortel van) de massa en omgekeerd evenredig met (de wortel van) de diameter.

Hemellichaam	Ontsnappingssnelheid [km/s]
Rotsblok van 100 kg, (diameter = 1 meter)	0.000000163
Mercurius	4.25
Venus	10.4
Aarde	11.2
Maan	2.38
Mars	5.02
Jupiter	59.5
Saturnus	35.5
Uranus	21.3
Neptunus	23.4
Pluto	1.21
Zon	618

Tegen het einde van de achttiende eeuw (dus maar liefst honderd jaar nadat Newton met zijn mechanicawetten en gravitatiewet was gekomen!) schrijft de Engelsman Michell als eerste over de mogelijkheid van een lichtgevend hemellichaam met een ontsnappingssnelheid die de lichtsnelheid zou kunnen overschrijden. Michell schreef hier in 1783 over in een brief aan Cavendish.

De brief van Michell
	If there should really exist in nature any bodies, whose density is not less than that of the sun, and whose diameters are more than 500 times the diameter of the sun, since their light could not arrive at us: or if there should exist any other bodies of a somewhat smaller size, which are not naturally luminous: of the existence of bodies under either of these circumstances, we could have no information from sight: yet, if any other luminous bodies should happen to resolve about them we might still perhaps from the motions of these revolving bodies infer the existence of the central ones with some degree of probability, as this might afford a clue to some of the apparent irregularities of the revolving bodies, which would not be easily explicable on any other hypothesis: but as the consequences of such a supposition are very obvious, and the consideration of them somewhat beside my present purpose, I shall not prosecute them any farther.
	Als er in de natuur werkelijk lichamen bestaan, wier dichtheid niet minder is dan die van de Zon, en wier diameters meer zijn dan 500 maal de diameter van de Zon, dientengevolge kan hun licht niet tot ons komen: of als er andere lichamen zouden bestaan die wat kleiner zijn, en niet van zichzelf lichtgevend zijn: van het bestaan van lichamen onder een van deze omstandigheden, daarvan zouden we geen visuele informatie kunnen hebben: echter, als andere lichtgevende lichamen in een baan daaromheen draaien dan zouden we misschien uit de bewegingen van deze eromheen draaiende lichamen het bestaan van de centrale lichamen kunnen afleiden met enige mate van waarschijnlijkheid, omdat dit een aanwijzing kan geven voor sommige van de ogenschijnlijke onregelmatigheden van de eromheen draaiende lichamen, die niet gemakkelijk verklaarbaar zouden zijn gebaseerd op elke andere hypothese: maar omdat de consequenties van een dergelijke veronderstelling zeer evident zijn, en de beschouwing ervan enigszins buiten mijn huidige doelstelling ligt, zal ik ze niet verder vervolgen.

Onwetend van de brief van Michell komt Laplace in 1796 met zijn boek Exposition du système du Monde en bespreekt daarin ook het onderwerp “ontsnappingssnelheid groter dan de lichtsnelheid”, op pagina 305 van deel II om precies te zijn.

De betreffende pagina uit het boek van Laplace
	... aussi sensibles à la distance qui nous en separe; et combien ils doivent surpasser ceux que nous observons à la surface du soleil? Tous ces corps devenus invisibles, sont à la même place où ils ont été observés, puisqu'ils n'en ont point changé, durant leur apparition; il existe donc dans les espaces célestes, des corps obscurs aussi considérables, et peut être en aussi grand nombre, que les étoiles. Un astre lumineux de même densité que la terre, et dont le diamètre serait deux cents cinquante fois plus grand que celui du soleil, ne laisserait en vertu de son attraction, parvenir aucun de ses rayons jusgu'à nous; il est donc possible que les plus grands corps lumineux de l'univers, soient par cela même, invisibles. Une étoile qui, sans être de cette grandeur, surpasserait considérablement le soleil; affaiblirait sensiblement la vîtesse de la lumière, et augmenterait ainsi l'étendue de son aberration. Cette différence dans l'aberration des étoiles; un catalogue de celles qui ne font des paraître, et leur position observeé au moment de leur éclat passager; la détermination de toutes les étoiles changeantes, ...
	... ook gevoelig voor de afstand die ons scheidt; en hoeveel moeten ze overtreffen wat we waarnemen op het oppervlak van de Zon? Al deze lichamen worden onzichtbaar, bevinden zich op dezelfde plaats waar ze zijn waargenomen, aangezien ze niet veranderd zijn tijdens hun verschijning; ze bestaan dus in de ruimte, zulke aanzienlijke donkere lichamen, en misschien ook in grote aantallen, als de sterren. Een lichtgevende ster met dezelfde dichtheid als de Aarde, en waarvan de diameter tweehonderdvijftig keer groter zou zijn dan die van de Zon, zou niet weggaan onder zijn aantrekkingskracht, geen van zijn stralen bereikt ons; het is daarom mogelijk dat de grootste lichtgevende lichamen in het universum, tegelijkertijd, onzichtbaar zijn. Een ster die, zonder van deze omvang te zijn, zou de Zon aanzienlijk overtreffen; zou de lichtsnelheid aanzienlijk verzwakken, en zou dus de omvang van de aberratie ervan vergroten. Dit verschil in de aberratie van sterren; een catalogus van degenen die niet verschijnen, en hun positie waargenomen op het moment van hun voorbijgaande schijnsel; de vastberadenheid van alle veranderende sterren, ...

Hiermee was het concept van een donkere ster, een onzichtbare ster, geboren. Maar de heren werden er allebei niet echt enthousiast van, want Michell geeft in zijn brief al aan dat hij geen vervolg geeft aan onderzoek van deze hypothetische sterren, en Laplace schrapt het hele onderwerp uit zijn boek na de tweede editie. Oftewel, een leuke exercitie om over na te denken, maar niet meer dan dat.

Het onderwerp verdwijnt naar de achtergrond, maar ruim honderd jaar later verschijnt het opnieuw op de radar wanneer Einstein in 1915 met zijn algemene relativiteitstheorie aan komt zetten.

De militair Schwarzschild vindt nog datzelfde jaar de eerste exacte oplossing voor de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie, de Schwarzschild-oplossing. Zijn oplossing bevat echter een curiositeit die door velen, te beginnen met Einstein zelf, afgedaan wordt als een wiskundig bijverschijnsel. Bovendien was algemene relativiteitstheorie verre van een ‘hot topic’ in die dagen, het verklaarde de periheliumprecessie van Mercurius en daarmee was alles wel zo’n beetje uitgewerkt voor wat betreft het praktische nut. Kwantummechanica en deeltjesfysica, daar gebeurde het!

We maken weer een sprong voorwaarts in de tijd, ditmaal een halve eeuw, en dan begint algemene relativiteitstheorie eindelijk de aandacht te krijgen die het verdient. Langzaam maar zeker dringt het besef door dat Moeder Natuur daadwerkelijk objecten creëert waarbij de massa en de diameter samen dicteren dat licht niet kan ontsnappen (maar dan niet door newtoniaanse zwaartekracht, maar door kromming van de ruimtetijd). Het is de Amerikaan Wheeler die eind 1967 voor deze objecten de term “zwarte gaten” [Engels: black holes] in het leven roept en dat is het gebleven. Dus waar Michell en Laplace nog spraken over donkere sterren en onzichtbare sterren sprak men nu over zwarte gaten.

Later heeft men Wheeler gevraagd hoe hij op deze term is gekomen en het bleek dat iemand anders hem die voorgesteld heeft. Tijdens een presentatie sprak Wheeler herhaaldelijk over ‘gravitationeel compleet ingestorte objecten’ [Engels: gravitationally completely collapsed objects] en dat is inderdaad een hele mond vol. Een man uit het publiek zei toen tegen Wheeler: “waarom noem je het geen zwarte gaten?”. En de rest is geschiedenis.

Pak een willekeurig boek waarin het onderwerp “zwarte gaten” aan bod komt en je leest gegarandeerd dat Wheeler als eerste met de kreet “zwarte gaten” is gekomen, oftewel credits voor Wheeler. Maar afgezien dat hij het niet zelf bedacht heeft (iemand heeft het hem voorgesteld) is dit ook niet waar. Bijna vier jaar (!) eerder schrijft een journaliste, Ann Ewing, een artikel genaamd “Black holes in space”.

Het artikel van Ewing, gedateerd 18 januari 1964

(Copyright and credits: ScienceNews)

In het artikel is te lezen dat mevrouw Ewing de term “black hole” heeft gehoord op een symposium in Cleveland kort daarvoor. Vanaf hier wordt de geschiedenis mistig, want de organisator van het symposium, Hong-Yee Chiu, noch andere getuigen weten niet meer wie de term “black hole” daar heeft gebruikt. Hoe het ook precies zij, ergens in de jaren zestig van de vorige eeuw, ergens in de Amerikaanse astrofysische gemeenschap, is de term “zwarte gaten” ontstaan. En daar zijn nog vele anekdotes aan toe te voegen, omdat in diverse landen en publicaties de term geruime tijd geboycot werd door de associatie met een bepaald lichaamsdeel tussen je billen. Ook aan de wetenschap gaat de menselijke bekrompenheid niet voorbij.