Viele Problemstellungen der Naturwissenschaften führen zur Betrachtung von nichtlinearen Wellengleichungen. Dabei ist von großem Interesse, ob zu vorgegebenen kleinen Daten Lösungen eindeutig existieren und ob diese stetig von den Daten abhängen. Hilfsmittel für diese Probleme sind Aussagen über lineare Wellengleichungen. In der vorliegenden Arbeit werden lineare Klein-Gordon Gleichungen, also Wellengleichungen mit Potentialterm, mit zeitabhängiger Masse bzgl. des Verhaltens ihrer Lösungen untersucht. Von speziellem Interesse sind Resultate mit Bezug auf verallgemeinerte Energieerhaltung und sogenannte Lp – Lq decay-Abschätzungen. Aus der Arbeit geht hervor, dass man eine Klassifizierung für Gleichungen mit fallendem Masseterm finden kann. Für Gleichungen vom Wellentyp ist der Einfluss des Potentialterms gering und die Lösungen verhalten sich wie Lösungen der Wellengleichung. Dem gegenüber stehen Gleichungen vom Klein-Gordon-Typ mit erkennbarem Einfluss des Masseterms. Ausgangspunkt für die Klassifizierung ist das kritische Verhalten der Lösungen einer skaleninvarianten Gleichung mit speziellem Masseterm.

Neste trabalho, apresentamos um método que permite explicitar a arbitrariedade contida nas soluções das equações de onda relativísticas, na presença de certos tipos de campos eletromagnéticos externos. Esta arbitrariedade está relacionada com a existência de uma transformação, com a qual podemos reduzir o número de variáveis presentes na equação original. Através desta transformação, criamos uma representação, a qual permite obter novos conjuntos de soluções exatas e construir a função de evolução para a equação de Klein-Gordon. Como resultado, apresentamos novos conjuntos de soluções, estacionárias e não-estacionárias, para o problema em um campo magnético constante e uniforme e a combinação deste campo com um campo elétrico longitudinal. / We demonstrate how one can describe explicitly the present arbitrariness in solutions of relativistic wave equations in external electromagnetic fields of special form. This arbitrariness is connected to the existence of a transformation, which reduces effectively the number of variables in the initial equations. Then we use the corresponding representations to construct new sets of exact solutions, which may have a physical interest, and to construct the evolution function to the Klein-Gordon equation. As resulted, we present new sets of stationary and nonstationary solutions in magnetic field and in some superpositions of electric and magnetic fields.

Cette thèse porte sur quelques inégalités de type Trudinger-Moser et leurs applications à l'étude des injections de Sobolev qu'elles induisent dans les espaces d'Orlicz et à l'analyse d'équations aux dérivées partielles non linéaires à croissance exponentielle.Le travail qu'on présente ici se compose de trois parties. La première partie est consacrée à la description du défaut de compacité de l'injection de Sobolev 4D dans l'espace d'Orlicz dansle cadre radial.L'objectif de la deuxième partie est double. D'abord, on caractérise le défaut de compacité de l'injection de Sobolev 2D dans les différentes classes d'espaces d'Orlicz. Ensuite, on étudiel'équation de Klein-Gordon semi-linéaire avec non linéarité exponentielle, où la norme d'Orlicz joue un rôle crucial. En particulier, on aborde les questions d'existence globale, de complétude asymptotique et d'étude qualitative.Dans la troisième partie, on établit des inégalités optimales de type Adams, en étroite relation avec les inégalités de Hardy, puis on fournit une description du défaut de compacité des injections de Sobolev qu'elles induisent / This thesis focuses on some Trudinger-Moser type inequalities and their applications to the study of Sobolev embeddings they induce into the Orlicz spaces, and the investigation of nonlinear partial differential equations with exponential growth.The work presented here includes three parts. The first part is devoted to the description of the lack of compactness of the 4D Sobolev embedding into the Orlicz space in the radialframework.The aim of the second part is twofold. Firstly, we characterize the lack of compactness of the 2D Sobolev embedding into the different classes of Orlicz spaces. Secondly, we undertakethe study of the nonlinear Klein-Gordon equation with exponential growth, where the Orlicz norm plays a crucial role. In particular, issues of global existence, scattering and qualitativestudy are investigated.In the third part, we establish sharp Adams-type inequalities invoking Hardy inequalities, then we give a description of the lack of compactness of the Sobolev embeddings they induce

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre. / In this thesis we present a both mathematical and conceptually rigorous quantization method for the neutral scalar field free of interactions. Initially, we introduce some aspects of the Theory of Distributions and we establish some points of Lorentzian geometry. The rest of the work is divided in two parts: in the first one, we study wave equations on globally hyperbolic Lorentzian manifolds, hence presenting the concept of fundamental solutions within the context of locally defined wave equations. Next, we progressively construct fundamental solutions for the wave operator from the Riesz distribution. Once established a solution to the wave equation in a neighbourhood of a point of the manifold, we move forward to produce a global solution from the extension of the Cauchy problem to the whole manifold. At this stage, fundamental solutions are replaced by Green\'s operators by the imposition of appropriate boundary conditions. In the last part, we present a minimum on the Theory of Categories and Functors. This is followed by the use of this formalism in the development of a second-quantization functor between the category of Lorentzian globally hyperbolic manifolds and the category of nets of C*-algebras obeying Haag-Kastler axioms. Finally, we turn our attention to the particular case of the quantum free scalar field.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2344020 bytes, checksum: 1d77972a45b8beef7c3fe6631dfddaa2 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this dissertation we consider the influence of gravitational fields due to the black holes of Kerr-Newman and Kerr-Newman-de Sitter, on a massive scalar field, with and without charge. We obtain the exact solutions of the radial Klein-Gordon equation in the spacetime of Kerr-Newman which are given in terms of the confluent Heun functions. In the particular case of a extreme Kerr-Newman black hole, the solution is given in terms of double confluent Heun functions. We also investigate the solutions close to the exterior event horizon and very far from the black hole. For a charged scalar field, we obtain exact solutions corresponding to the angular Klein-Gordon equation in the Kerr-Newman-de Sitter spacetime which are given in terms of the Heun functions. Using a method due to Damour and Ruffini, we study the Hawking radiation of massive scalar particles. In the Kerr-Newman black hole, we obtain the exact solutions for both the angular and radial Klein-Gordon equations, which are given in terms of the confluent Heun functions. From the radial solution, we obtain the exact wave solutions near to the exterior horizon of the black hole, and discuss the Hawking radiation of charged massive scalar particles. / Nesta dissertação tratamos da influência do campo gravitacional produzido pelos buracos negros de Kerr-Newman e Kerr-Newman-de Sitter sobre um campo escalar massivo com e sem carga. Obtemos as soluções exatas da parte radial da equação de Klein-Gordon em um espaço-tempo de Kerr-Newman, que são dadas em termos das funções confluentes de Heun. No caso particular correspondente ao buraco negro de Kerr-Newman extremo, a solução é dada em termos das funções duplamente confluentes de Heun. Investigamos, também, as soluções nas proximidades do horizonte de evento exterior e longe do buraco negro. Para um campo escalar massivo carregado, obtemos as soluções exatas para a parte angular da equação de Klein-Gordon em um espaço-tempo de Kerr-Newman-de Sitter, que são dadas em temos das funções de Heun. Utilizando o método de Damour & Ruffini, estudamos a radiação Hawking para partículas escalares massivas. No buraco negro de Kerr-Newman, obtemos as soluções exatas de ambas as partes radial e angular da equação de Klein-Gordon, que são dadas em termos das funções confluentes de Heun. A partir da solução radial, obtemos as soluções de ondas exatas próximas ao horizonte exterior do buraco negro e discutimos a radiação Hawking para partículas escalares massivas carregadas.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1268026 bytes, checksum: 26540918af151a01bb663415557d121e (MD5) Previous issue date: 2010-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper deals with the influence of the gravitational field produced by a rotating black hole on quantum systems. More specifically, are considered scalar quantum particles, which are described by the Klein-Gordon equation. Initially, it was shown a way by which is possible to obtain the Kerr metric, which characterize a rotating black hole. Still on the Kerr metric, it was studied some important properties of this spacetime. Was then obtained the exact solution of the Klein-Gordon equation in the Kerr spacetime, which is given in terms of the confluent Heun s functions and, in the particular case of extreme Kerr, was obtained that the solution of the Klein-Gordon equation in this spacetime is given by the doubly confluent Heun s functions. For the Klein-Gordon equation in the Kerr spacetime, it was verified that the solution is consistent with results already known in the literature for regions near the event horizon and at infinity. Moreover, due to the difficulties inherent in the Kerr metric, was considered the limit where the black hole has low rotational speed, resulting in the metric of Lense-Thirring. In this situation, using an asymptotic method and a method in series, were obtained approximate solutions that describe the behavior of scalar quantum particles in the presence of the gravitational field produced by the body. Finally, some physical effects in Kerr spacetime were considered. / Este trabalho trata sobre a influência do campo gravitacional produzido por um buraco negro com rotação sobre sistemas quânticos. Mais especificamente, são consideradas partículas quânticas escalares, que são descritas através da equação de Klein-Gordon. Inicialmente, é mostrado uma maneira através da qual é possíıvel obter a métrica de Kerr, a qual caracteriza um buraco negro com rotação. Ainda sobre a métrica de Kerr, são estudadas algumas propriedades importantes deste espaço-tempo. Em seguida, foi obtida a solução exata da equação de Klein- Gordon no espaço-tempo de Kerr, sendo esta dada em termos das funções confluentes de Heun e, no caso particular de Kerr extremo, foi obtido que a soluçã o da equação de Klein-Gordon neste espaço-tempo é dada pelas funções duplamente confluente de Heun. Para a equação de Klein-Gordon no espaço-tempo de Kerr, verificou-se que a soluçãoo obtida é compatível com resultados já conhecidos na literatura para regiões próximo ao horizonte de eventos e no infinito. Por outro lado, devido às dificuldades inerentes á métrica de Kerr, foi considerado o limite em que o buraco negro possui baixas velocidades de rotação, resultando na métrica de Lense-Thirring. Nesta situação, usando um método assintótico e um outro método em série, foram obtidas soluções aproximadas que descrevem o comportamento de partículas quânticas escalares na presença do campo gravitacional produzido por este corpo. Por fim, alguns efeitos físicos no espaço-tempo de Kerr foram considerados.

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre. / In this thesis we present a both mathematical and conceptually rigorous quantization method for the neutral scalar field free of interactions. Initially, we introduce some aspects of the Theory of Distributions and we establish some points of Lorentzian geometry. The rest of the work is divided in two parts: in the first one, we study wave equations on globally hyperbolic Lorentzian manifolds, hence presenting the concept of fundamental solutions within the context of locally defined wave equations. Next, we progressively construct fundamental solutions for the wave operator from the Riesz distribution. Once established a solution to the wave equation in a neighbourhood of a point of the manifold, we move forward to produce a global solution from the extension of the Cauchy problem to the whole manifold. At this stage, fundamental solutions are replaced by Green\'s operators by the imposition of appropriate boundary conditions. In the last part, we present a minimum on the Theory of Categories and Functors. This is followed by the use of this formalism in the development of a second-quantization functor between the category of Lorentzian globally hyperbolic manifolds and the category of nets of C*-algebras obeying Haag-Kastler axioms. Finally, we turn our attention to the particular case of the quantum free scalar field.

Dans cette thèse, on s'est attaché d'une part à d'écrire le défaut de compacité de l'injection de Sobolev critique dans les différentes classes d'espaces d'Orlicz, et d'autre part à étudier l'équation de Klein-Gordon avec une non-linéarité exponentielle. Ce travail se divise en trois parties. L'objectif de la première partie est de caractériser le défaut de compacité de l'injection de Sobolev de $H^2_{rad}(R^4)$ dans l'espace d'Orlicz $mathcal{L}(R^4)$.Le but de la deuxième partie est double : tout d'abord, on a décrit le défaut de compacité de l'injection de Sobolev de $H^1(R^2)$ dans les différentes classes d'espaces d'Orlicz, ensuite on a étudié une famille d'équations de Klein-Gordon non linéaires à croissance exponentielle. Cette étude inclut à la fois les problèmes d'existence globale, de complétude asymptotique et d'étude qualitative pour le problème de Cauchy associé. La troisième partie est dédiée à l'analyse des solutions de l'équation de Klein-Gordon 2D issues d'une suite de données de Cauchy bornée dans $H^1_{rad}(R^2)times L^2_{rad}(R^2)$. Basée sur les décompositions en profils, cette analyse a été conduite dans le cadre de la norme d'Orlicz / In this thesis, we focused on the one hand on the description of the lack of compactness of the critical Sobolev embedding into different classes of Orlicz spaces, and on the other hand on the study of the nonlinear Klein-Gordon equation with exponential nonlinearity. This work is divided into three parts. The aim of the first part is to characterize the lack of compactness of the Sobolev embedding of $H^2_{rad}(R^4)$ into the Orlicz space $mathcal{L}(R^4)$.The aim of the second part is twofold: firstly, we describe the lack of compactness of the Sobolev embedding of $H^1(R^2)$ into different classes of Orlicz spaces, secondly we investigate a family of nonlinear Klein-Gordon equations with exponential nonlinearity. This study includes both the global existence problem, the asymptotic completeness and the qualitative study for the associated Cauchy problem. The third part is dedicated to the analysis of the solutions to the 2D Klein-Gordon equation associated to a sequence of bounded Cauchy data in $H^1_{rad}(R^2)times L^2_{rad}(R^2)$. Based on the profile decompositions, this analysis was conducted in the framework of Orlicz norm

Viele Problemstellungen der Naturwissenschaften führen zur Betrachtung von nichtlinearen Wellengleichungen. Dabei ist von großem Interesse, ob zu vorgegebenen kleinen Daten Lösungen eindeutig existieren und ob diese stetig von den Daten abhängen. Hilfsmittel für diese Probleme sind Aussagen über lineare Wellengleichungen. In der vorliegenden Arbeit werden lineare Klein-Gordon Gleichungen, also Wellengleichungen mit Potentialterm, mit zeitabhängiger Masse bzgl. des Verhaltens ihrer Lösungen untersucht. Von speziellem Interesse sind Resultate mit Bezug auf verallgemeinerte Energieerhaltung und sogenannte Lp – Lq decay-Abschätzungen. Aus der Arbeit geht hervor, dass man eine Klassifizierung für Gleichungen mit fallendem Masseterm finden kann. Für Gleichungen vom Wellentyp ist der Einfluss des Potentialterms gering und die Lösungen verhalten sich wie Lösungen der Wellengleichung. Dem gegenüber stehen Gleichungen vom Klein-Gordon-Typ mit erkennbarem Einfluss des Masseterms. Ausgangspunkt für die Klassifizierung ist das kritische Verhalten der Lösungen einer skaleninvarianten Gleichung mit speziellem Masseterm.

<p>In this dissertation stochastic processes are regarded in the framework of Colombeau-type algebras of generalized functions. Such processes are called Colombeau stochastic processes.The notion of point values of Colombeau stochastic processes in compactly supported generalized points is established. The Colombeau algebra of compactly supported generalized constants is endowed with the topology generated by sharp open balls. The measurability of the corresponding random variables with values in the Colombeau algebra of compactly supported generalized constants is shown.<br />The generalized correlation function and the generalized characteristic function of Colombeau stochastic processes are introduced and their properties are investigated. It is shown that the characteristic function of classical stochastic processes can be embedded into the space of generalized characteristic functions. Examples of generalized characteristic function related to gaussian Colombeau stochastic<br />processes are given. The structural representation of the generalized correlation function which is supported on the diagonal is given. Colombeau stochastic processes with independent values are introduced. Strictly stationary and weakly stationary Colombeau stochastic processes are studied. Colombeau stochastic processes with stationary increments are characterized via their stationarity of the gradient of the process.Gaussian stationary solutions are analyzed for linear stochastic partial differential equations with generalized constant coefficients in the framework of Colombeau stochastic processes.</p> / <p>U disertaciji se stohastički procesi posmatraju u okviru Kolomboove algebre uop&scaron;tenih funkcija. Takve procese nazivamo Kolomboovi stohastički procesi. Pojam vrednosti Kolomboovog stohastičkog procesa u tačkama sa kompaktnim nosačem je uveden. Dokazana je merljivost odgovarajuće slučajne promenljive sa vrednostima u Kolomboovoj algebri uop&scaron;tenih konstanti sa kompaktnim nosačem,&nbsp; snabdevenom topologijom generisanom o&scaron;trim otvorenim loptama. Uop&scaron;tena korelacijska funkcija i uop&scaron;tena karakteristična funkcija Kolomboovog stohastičkog procesa su definisane i njihove osobine su izučavane. Pokazano je da&nbsp; se karakteristična funkcija klasičnog stohastičkog procesa može potopiti u prostor uop&scaron;tenih karakterističnih funkcija. Dati su primeri uop&scaron;tenih karakterističnih funkcija&nbsp; gausovskih Kolomboovih stohastičkih procesa. Data je strukturna reprezentacija uop&scaron;tene korelacijske funkcije sa nosačem na dijagonali. Kolomboovi stohastički procesi sa nezavisnim vrednostima su predstavljeni. Izučavani su strogo stacionarni i&nbsp; slabo stacionarni Kolomboovi stohastički procesi. Kolomboovi stohastički procesi sa stacionarnim prira&scaron;tajima su okarakterisani preko stacionarnosti gradijenta procesa. Gausovska stacionarna re&scaron;enja za linearnu stohastičku parcijalnu diferencijalnu jednačinu sa uop&scaron;tenim konstantnim koeficijentima su analizirana u okvirima Kolomboovih stohastičkih procesa.</p>