Gravitációt, hogy lehet felfogni emberi ésszel? Miféle dimenzióba süpped bele amit mi nem látunk?

Ha jól tudom, akkor a 3. dimenzió a tér, a 4. az idő, és az 5. a gravitáció. Egyébként minden tömeggel rendelkező testnek van gravitációs tere, még neked is, csak olyan gyenge, hogy nem észleled.

Az ábra is ezt mutathatja. A nagyobb tömegű égitest jobban "lenyomja" a térszövetet (vagy mi az), tehát nagyobb a gravitációs tere/ereje. Példának nézd mondjuk a Földet és a Jupitert.

Dióhéjban ennyi.

Ez csak szemléltetés, amelynek éppen a földi gravitáció kihasználása a lényege. Egy nagyobb tömegű labdát egy feszes lepedőre téve az bessüppeszti a lepedőt maga körül, ezért a hozzá közel elgurított kisebb labdák úgy mozognak, mintha a nagyobb maga felé vonzaná őket. De miért is? Azért, mert az egészet a földi gravitáció okozza!

Ez a szemléletetés csak arra megy rá, hogy gondolati szinten összekapcsolja a görbült teret (lepedő) a gravitációs vonzással (központi test felé való mozgás).

Annyi azonban érvényes ebből a szemléletes képből, hogy ha az általános relativitáselméletben ismert ún. Schwarzschild-megoldás metrikájának térszerű részét ábrázoljuk az egyenlítő síkjában (tehát csak a radiális és az azimutális koordinátát hagyjuk meg), akkor egy középen benyomott lepedőhöz nagyon hasonló felületet kapunk.

Egy picit egyszerűsítsd a magad számára az életet: ne keverd össze a dolgokat.

A térelhajlás megértéséhez nincs szükséged több dimenzióra. Sőt, egy is elég.

A törvény ezt mondja ki:

Bármilyen tömeggel bíró test elhajlítja maga körül a teret. Ahelyett, hogy egy klasszikus euklideszi geometriai teret látnál magad előtt, ahol a tér keresztmetszete mindig egy tökéletesen lapos sík, és ahol egy ponttól egy következó pontig mindig csak egy egyenes vonal húzható (biztosan tanultál koordinátarendszereket az iskolában), egy olyan hepehupás síkot és teret kapsz, mint ami a képeden látható.

Ennek a következő a jelentősége:

biztosan tanultad fizikából, hogy amikor valami erő hat egy testre, az átadott gyorsulást csökkenti a test saját tömege (F=m*a). Ez az inerciális (=tehetetlenségi) tömeg.

Illetve egy testnek annál nagyobb gyorsulást ad át egy másik test gravitációja, minél nagyobb a test saját tömege - "gravitációs tömeg". F=m*g, de fontos megjegyezni, hogy a g itt tartalmazza már a Föld saját tömegéből adódó grav. erőt és a Föld középpontjától való távolságot is. A pontosabb egyenlet:

F=G*m1*m2/r^2

ahol m1 és m2 a két test tömege (ami vonz, és amit vonz), r a távolság a tömegközéppontjaik között, és G az univerzális gravitációs konstans.

Einstein felismerésének a lényege, hogy ez a két hatás: a kisebb gyorsulás nagy tömegű testeknél, és a nagyobb gyorsulás nagy tömegű testek közelében, valójában egy, ami a térelhajlás következménye. A nagy tömegű test körül a térdimenziük megnyúlnak, tehát nagyobb utat kell megtennie. Ez az inerciális/tehetetlenségi tömeg magyarázata. Ugyanígy, ha egy nagy tömegű test közelében haladsz el, sokkal nagyobb utat kell megtenned, mire kikeveredsz a közvetlen legerősebb hatósugarából. Ezért befolyásolja a gravitációt a tömeg.

Tehát tudjuk, hogy miért lesz erősebb a gravitáció a tömeggel, de még mindig nem, hogy miért húz egyáltalán. Ennek az energiaszintekhez van köze.

Az iskolában ezt úgy tanultad, hogy: helyzeti (vagy potenciális) energia.

Ugyanúgy a térelhajlás miatt egy tömegközépponthoz közelebb tartózkodni magasabb energiaszintet jelent egy testnek, mint tőle messzebb. Azaz egy test "ingyen" energiát kaphat azzal, hogy közelebb van egy tömegközépponthoz, de itt jön a csapda is: utána a saját energiáját kell elköltenie, ha újra el akar tőle távolodni. Ez az 'ingyen' energia alakul át kinetikus (mozgási) energiává.

Tekinthetjük ezt a hatást a másik 3 alapvető kölcsönhatás szempontjából. A modern tudomány 4 alapvető természeti kölcsönhatást ismer: az ún. "gyenge" és "erős" hatást (ezeknek az atommag és az annál kisebb részecskék összetartásában van szerepe), az elektromágnesességet, ami az elektronokat az atommag körül tartja és a molekulákat összekapcsolja, és még számos más dologért is felelős; és a gravitációt. Ezeket a fizika mind úgy képzeli el, mint mezőket, amik hasonló potenciális energiák alapján működnek, mint a gravitáció.

Hadd térjek akkor ki az eredeti kérdésedre: a 4 dimenziós térre, a téridőre.

Einstein azt állítja, hogy az idő nem független a tértől, hanem egybefolyik vele. Az idő nem abszolút, hanem változik aszerint, hogy honna nézed. Az idő képes ugyanúgy "megnyúlni", mint a tér, lényegében ez is egy dimenzió, amire ugyanúgy hatással van a tömeg.

Ennek sok fontos következménye van, például, hogy minél közelebb vagy egy gravitáció tömegközéppontjához, annál gyorsabban látszik az idő telni a te szemszögedből a tömegközéppontból távolabb.

De konkrétan erre nincs szükséged a gravitáció megértéséhez.

Hogy a bolygók miért maradnak a pályájukon, az megint kicsit más dolog, aminek az alapja a perdületmegmaradás (vagy a forgási lendület megmaradása). Ha tudod Newton I. törvénét, akkor tudod, hogy egy test örökre meg tudja tartani az állandó sebességét, nem 'fogy ki' valamiféle hajtóanyagból. (A Földön a dolgok idővel megállnak, de ennek a súrlódás és a Föld mezeje az oka. Az űrben nem lenne, ami megállítana.)

Ennek a kiterjesztése a lendüle megmaradása, ami lendület = tömeg * sebesség (p=mv).

Lehetséges egy műholdat úgy fellőni, hogy a perdülete pont kiegyenlítse a Föld gravitációs hatását, és örökre körpályán maradjon.

Namost ha csak 1 (kör alakú) ilyen pálya létezne, akkor elég esélytelen lenne a dolog, de valójában a testek többsége eliptikus pályán mozog. Ahogy közelebb érnek a pályájuk egy pontján a Földhöz vagy a Naphoz, ami körül forognak, nagyobb Föld irányú gyorsulás hat rájuk. De mivel a lendületüket mergtartják, gyorsabban is fognak menni a körpályájukon, tehát annál erősebben fognak a Földtől távolodni. Stabil eliptikus pályából rengeteg van. Kepler törvényei vagy a Bertrand tétel adja meg a részleteket.