Zagięcie toru światła przez duże masy było jedną z konsekwencji ogólnej teorii wzgledności, a z chwilą, gdy obserwacje poczynione w czasie całkowitego zaćmienia Słońca w 1919 r. potwierdziły, że światło jest faktycznie zaginane przez Słońce, odżył temat działania grawitacji na światło.

   Wiedziano już wówczas z całą pewnością, że pewne galaktyki są silnymi źródłami promieniowania X, teraz zaś trzeba było stawić czoło problemowi, skąd się biorą ujawniane przez to promieniowanie ogromne ilości energii. Donald Lynden-Bell z uniwersytetu w Cambridge wysunął przypuszczenie, że rozwiązaniem zagadki mogą być supergęste obiekty. Tego rodzaju ciało przyciąga materię, nadając jej ogromne prędkości. Tworzy się tzw. dysk akrecyjny, składający się z materii, która obraca się wokół tego gęstego obiektu, zanim zostanie wchłonięta. Spadający materiał osiąga ogromną prędkość i wysyła w wielkich ilościach promieniowanie X.

   Teraz do akcji wkracza teoria względności. Ciało o tak wielkiej gęstości wytwarza potężne pole grawitacyjne. To zaś oznacza, że czasoprzestrzeń wokół gęstego obiektu jest niezwykle silnie zakrzywiona, co powoduje, że jego wnętrze jest całkowicie odcięte od zewnętrznego wszechświata. Kiedy już coś się do niego dostanie, nie może się wydostać. Dlatego obiekty takie nazywane są dziś czarnymi dziurami.
Te dziury w czasoprzestrzeni mają również inne zadziwiające własności. Kiedy jakieś ciało zbliża się do czarnej dziury, silne pole grawitacyjne powoduje, że upływ czasu dla takiego ciała, mierzony przez zewnętrznego obserwatora, spowalnia się. Częstość światła wysyłanego przez ciało spada (oznacza to przesunięcie ku czerwieni), a światło słabnie. Ciało zbliża się do tzw. horyzontu zdarzeń, otaczającego czarną dziurę, lecz nigdy go całkiem nie osiąga; w końcu "zawisa" nad horyzontem - tak się wydaje zewnętrznemu obserwatorowi, który nie może zobaczyć momentu wpadnięcia ciała do czarnej dziury.
   W układzie odniesienia związanym z ciałem nie będzie widocznej zmiany tempa upływu czasu. Jednak ogromne siły, na które wystawiony będzie spadający obiekt, rozerwą wszelkie ciała makroskopowe i z pewnością uniemożliwią przetrwanie jakiejkolwiek żywej istoty. Zniszczeniu ulega każda struktura, tak że materia wewnątrz czarnej dziury traci wszelką indywidualność - całą "pamięć" o tym, co było przedtem. Spada ku punktowi nazywanemu przez matematyków osobliwością, gdzie gęstość materii staje się nieskończona, a czasoprzestrzeń redukuje się do punktu.

   Wydaje się, że w rzeczywistości czarne dziury, które powstają z obracającej się materii, same również rotują.
Obszar wokół horyzontu zdarzeń obracającej się czarnej dziury jest nazywany ergosferą. Jest to część czasoprzestrzeni, w której czarna dziura oddziałuje z resztą wszechświata. Gdy materia spada na czarną dziurę poprzez ergosferę, pole powierzchni horyzontu wzrasta.

   Jednak, co wydaje się dziwne, ta spadająca materia może wywołać zmniejszenie się masy, pod warunkiem, że moment pędu czarnej dziury również się zmniejszy.
Mimo przytoczonych wyżej właściwości czarnych dziur, okazuje się, że mogą one emitować energię. Proces ten opisany został przez Stephena Hawkinga który zastosował prawa teorii kwantowej i termodynamiki do czarnych dziur; rezultaty okazały się bardzo interesujące. Po pierwsze, czarne dziury mają określoną temperaturę, tym większą, im mniejsza jest ich masa. Temperatura ta jest znikoma w normalnej skali: dla stosunkowo małej czarnej dziury o masie zwykłej gwiazdy wynosiłaby ona 10-7 K. Hawking sądzi, że bardzo małe czarne dziury mogły powstać z bardzo gęstej materii zgniecionej we wczesnych stadiach Wielkiego Wybuchu. Jako małe obiekty o bardzo wysokich temperaturach mogłyby obecnie "parować" w formie wybuchów, zawstydzających swą siłą sztuczne eksplozje jądrowe. Do dziś nie zaobserwowano jednak promieniowania z takich mini dziur i wydaje się możliwe, że Wielki Wybuch był zbyt jednorodny, aby się utworzyły. Czarne dziury o większych masach prawdopodobnie istnieją. Gdzie są ?
   Wydaje się, że niektóre znajdują się w jądrach galaktyk spiralnych i eliptycznych. Tworzą się także w wyniku katastrofalnego zapadania bardzo dużych gwiazd, a także, być może, podczas degeneracji dziwnych, supermasywnych obiektów, zwanych spinarami. Istnienie tych ostatnich jest niepewne. Mogłyby mieć masy ok. 10 milionów mas Słońca, skupione w małej objętości. Uważa się, że obiekty takie, czasem nazywane też magnetoidami, ze względu na ich niezwykle silne pola magnetyczne, mogą kryć się w jądrach aktywnych galaktyk. Szybki obrót chroni je przed zapadnięciem się. Po wyczerpaniu energii rotacji tworzą czarne dziury Trzy najważniejsze teorie fizyczne XX wieku to: teoria kwantowa oraz szczególna i ogólna teoria względności. Szczególna teoria względności w połączeniu z teorią kwantową oraz elektromagnetyzmem, opisują prawie cały świat fizyczny. Najważniejsze zastosowania tej teorii dotyczą opisu cząstek subatomowych. Ogólna teoria względności nie jest jeszcze w pełni połączona z teorią kwantową i jest teorią grawitacji oraz stanowi podstawę kosmologii. świat fizyczny nie jest taki prosty, jak zakładały to teorie Izaaka Newtona, chociaż stanowią one stosowne przybliżenia przy opisie dużych obiektów poruszającymi się z niewielkimi prędkościami w porównaniu z prędkością światła. Mechanika kwantowa stanowi jedyne poprawne ujęcie opisu zjawisk fizycznych przebiegających w skali atomowej, a szczególnie teoria względności musi być stosowana wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z ruchem ciał o prędkościach porównywalnych z prędkością światła.


Prędkość światła


   Wszystkie dowodu eksperymentalne wskazują na to, że prędkość światła w próżni jest stała i nie zależy od prędkości obserwatora. Prędkość światła (c) jest w przybliżeniu równa 3 x 108 ms-1 (300 000 km/s). Bardzo ważną własnością światła jest to, że chociaż porusza się ono z ogromną prędkością (dla porównania zwykły samolot leci z prędkością około 250 ms-1) jest to prędkość skończona. Jest ona również prędkością graniczną - żadne ciało nie może poruszać się z prędkością większa od prędkości światła w próżni.