拉普拉斯和米歇尔是依据牛顿的万有引力定律和力学第二定律预言这类暗星的。他们算出暗星形成的条件是:
其中r、M分别是恒星的半径和质量,G和c分别是万有引力常数和真空中的光速。不过他们当时还不知道c是一个常数,更不知道光速是自然界最高的极限速度。他们以为光速和一般质点的速度一样,在外力下会依据牛顿第二定律而变化。他们认为,如果式(1.2)的条件被满足,这颗恒星的光就会被自身的引力拉回去,成为外界看不见的暗星。
我们从经典力学的动能与势能关系很容易推出此式。设光子的质量为m,则它的动能为 ;光子位于恒星表面时,万有引力势能为 。光子抵达远方的条件是它的动能能够克服势能,如果动能小于势能,远方的观测者就接收不到这个光子了。所以形成暗星的条件可以从
导出,于是我们得到了式(1.2)。
从今天看来,上面的论证有两方面错误,第一是按照狭义相对论,光子动能不是 ,而是mc 2 ,而且真空中的光速c是一个常数,不会在外力作用下改变。第二是万有引力与一般力不同,是一种几何效应,万有引力定律只不过是爱因斯坦广义相对论的一个近似。有趣的是,这两方面的错误相互抵消,式(1.2)与后来从相对论得出的黑洞形成条件恰好一致。
式中,r g 与M分别为黑洞的半径和质量,r g 又称星体的引力半径。