In seinem Werk Principia (1687) stellt Newton einige Entwürfe vor, in denen er das Licht wie materielle Teilchen behandelt. Doch er macht keinen weiteren Gebrauch davon. Sie dienen ihm später lediglich zur Bestimmung der Gesetze der Refraktion. Außerdem betrachtet er Lichtphänomene nicht als Wellen. Immerhin hatte er sich bereits erfolglos an einer Theorie versucht, nach der die Geschwindigkeit der entscheidende Faktor für die Lichtbrechung und somit die Bildung der Farben wäre. In seinem Werk Opticks wird er später das Wellenphänomen mit berücksichtigen.

Ein Jahrhundert nach der Veröffentlichung der Principia entsteht zunächst in Frankreich und später dann auch in England unter der Bezeichnung Emissionstheorie eine Theorie des Lichts als Teilchenphänomen. Der französische Mathematiker und Physiker Clairaut erstellt ein „ballistisches“ Modell, das unterstellt, dass Geschwindigkeit und Flugbahn eines, den Kräften eines lichtbrechenden Kristalls ausgesetzten „Lichtkügelchen“ den gleichen Regeln folgen wie die Geschwindigkeit und Flugbahn einer der Erdanziehungskraft ausgesetzten Musketenkugel. Clairaut stellt mit seinen Berechnungen fest, dass ein Lichtteilchen durch ein Objekt von seiner Laufbahn abgelenkt wird und leitet daraus das Cartesianische Refraktionsgesetz ab. 1728, ein Jahr nach Newtons Tod, entdeckt der englische Astronom James Bradley, die Aberration, d. h. die scheinbare Ortsveränderung eines Gestirns in Richtung Erde, verursacht durch die Erdbewegung v und die Lichtgeschwindigkeit c. Die Aberrationsellipse eines Sterns am Pol zeichnet die Umlaufbahn der Erde um die Sonne nach. Nach Bradleys Beobachtungen bleibt der Winkel zur Ellipsenachse, die sich zu v/c proportional verhält, konstant. Da die Geschwindigkeit der Erdumdrehung, ungeachtet des beobachteten Gestirns, stets gleich ist, lässt sich daraus ableiten, dass die Lichtgeschwindigkeit c konstant ist. Doch haben wir es hier nicht mit einem Fall zu tun, bei dem die Geschwindigkeit des Lichts, die der Lichtquelle und die des Betrachters zu berücksichtigen sind?

Diese Frage wird nicht gestellt.

Diese Frage wird nicht oder erst sehr spät gestellt werden. Einstweilen interessiert man sich nicht wirklich für die Kinematik des Lichts. Es gibt viele Gründe, die die Annahme rechtfertigen, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht konstant bleibt. Doch Beobachtungen deuten darauf hin, dass sie es dennoch ist.

So notierte Clairaut 1741: “Die Beobachtungen des Herrn Bradleys beweisen, dass das Licht, aller von ihm beobachteten Sterne die gleiche Geschwindigkeit hat. Daraus lässt sich schließen; dass das Licht aller Gestirne gleich schnell ist, andernfalls müsste man davon ausgehen, dass Herr Bradley aufgrund eines außerordentlichen Zufalls von seinem Beobachtungsposten aus nur die Sterne sah, die mit gleicher Lichtgeschwindigkeit strahlen.“

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts kommt der französische Astronom Jean-Baptiste Delambre zum gleichen Ergebnis wie Bradley, indem er die Lichtgeschwindigkeit „nach über tausend Eklipsen des ersten Jupitermondes“ mit der Methode des dänischen Astronomen Olaf Römer bestimmt.
Trotz der offenkundigen Widersprüche, interessieren sich die Wissenschaftler damals kaum für die Geschwindigkeit des Lichts.

Die Entfernung der Gestirne untereinander ist ein weitaus interessanteres Thema. John Michell, ein überaus brillanter englischer Astronom und überzeugter Newton-Anhänger, erkennt 1784 unter Anwendung der Emissionstheorie als erster, dass sich ein Prisma zwar nicht dazu eignet, die Lichtgeschwindigkeit zu messen, man mit ihm aber Schwankungen der Lichtgeschwindigkeit erfassen kann.

Bei gleich bleibendem Einfallswinkel der Partikel nimmt der Brechungswinkel mit zunehmender Aufprallgeschwindigkeit der Lichtteilchen ab. Das bedeutet, dass man die Geschwindigkeit Lichtpartikel aus dem Brechungswinkel ableiten kann. Das Prisma eignet sich als Instrument zum messen der Schwankungen der Lichtgeschwindigkeit. Diese Entdeckung wird ihren Weg gehen.

Tatsächlich handelt es sich bei dem Phänomen jedoch nicht um Schwankungen der Lichtgeschwindigkeit sondern um Veränderungen der Frequenz der Lichtwellen. Der französische Physiker Fizeau entdeckt diesen Doppler-Effekt Mitte des 19. Jahrhundert für elektromagnetische Wellen, während der englische Astronom Michell denselben Effekt im Rahmen seiner Studien über die Fluchtgeschwindigkeit der Planeten beobachtet. Im ersten Fall ist der Parameter die Lichtfrequenz, im zweiten die Geschwindigkeit. Michell hofft mit „seiner Methode“ die Geschwindigkeit von Licht aus unterschiedlichen Quellen vergleichen zu können.

Michell ist von der Universalität der Gravitation überzeugt und davon, dass Licht, wie alle Partikeln, der Masseanziehungskraft unterliegt. Daraus schließt er gegen Ende des 18. Jahrhunderts, dass Lichtteilchen, die ein sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegender Stern ausgestrahlt, durch die Schwerkraft allmählich abgebremst werden und somit die Geschwindigkeit des Lichts abnimmt. Er behauptet, ein Stern von hinreichend großer Masse und Dichte könnte ein so starkes Gravitationsfeld aufbauen, dass Partikel, ähnlich wie ein in die Luft geworfener Stein, in der Bewegung anhalten und auf das Stern zurück fallen könnten. Diese seltsamen Objekte wird der französische Mathematiker Pierre-Simon Laplace als „dunkle Sterne“ bezeichnen (deren Licht nicht abgestrahlt wird und uns nicht erreichen kann). Heute spricht man von schwarzen Löchern. Aufbauend auf den von Laplace veröffentlichten Fakten, schließt der deutsche Astronom Georg von Soldner 1801, dass ein Lichtstrahl von einem massiven Körper von seiner Bahn abgelenkt werden kann. Seine Erkenntnisse decken sich mit denen Einsteins, der 1911 diesen Effekt mathematisch erfassen wird.

In einem bahnbrechenden Artikel erwägt Michell die Durchführung eines ausgeklügelten Experiments.
Seit 1767 weiß er aufgrund seiner statistischen Auswertungen, dass es im All offensichtlich besonders viele Doppelgestirne gibt. Ihre Anzahl ist so groß, dass er – zu Recht – zu der Überzeugung gelangt, dass die Umlaufbahnen dieser Doppelgestirne durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind. Der britische Astronom William Herschel wird diese Theorie einige Jahre später durch die Entdeckung der elliptischen Laufbahnen von Doppelgestirnen bestätigen.

Michell glaubt, ein doppeltes System zu erkennen, dessen zentraler Stern sehr viel Masse und Dichte aufweist. Dessen starkes Gravitationsfeld, so nimmt er an, bremst die Geschwindigkeit des von ihm ausgestrahlten Lichts stark ab (zum Beispiel um einen zwanzigsten Teil), während die Geschwindigkeit der Lichtstrahlung seines weniger massiven und dichten Doppels kaum nachlässt. Er hoffte, die Strahlungen dieser Doppelsterne getrennt erfassen und deren Brechungswinkel (mittels eines Prismas und mit festem Einfallwinkel) messen zu können. Er geht davon aus, dass diese Messungen unterschiedliche Brechungswinkel ergeben werden, woraus sich die unterschiedliche Geschwindigkeit der Lichtpartikel ableiten lassen müsste.

Es verwundert nicht, dass es selbst den besten Astronomen dieser Zeit, Nevil Maskelyne und William Herschel, nicht möglich war, Derartiges zu belegen. Doch aus das neue Phänomen steht in Zusammenhang mit… der Allgemeinen Relativitätstheorie. Diese Beobachtungen bilden die Grundlage dessen, was man heute Gravitations-Dopplereffekt nennt. Man findet somit bereits in der Fachliteratur des 18. Jahrhunderts erste qualitative Ansätze der Einstein’schen Gravitationstheorie sowie die Ahnung der Existenz von schwarzen Löchern. Echte Vorläufer der Allgemeinen Relativitätstheorie!