Made available in DSpace on 2015-03-03T15:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThiagoBRFO_DISSERT.pdf: 776732 bytes, checksum: 79a4002c3c2d724d3d1651680816802b (MD5) Previous issue date: 2010-07-01 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this dissertation, after a brief review on the Einstein s General Relativity Theory and its application to the Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) cosmological models, we present and discuss the alternative theories of gravity dubbed f(R) gravity. These theories come about when one substitute in the Einstein-Hilbert action the Ricci curvature R by some well behaved nonlinear function f(R). They provide an alternative way to explain the current cosmic acceleration with no need of invoking neither a dark energy component, nor the existence of extra spatial dimensions. In dealing with f(R) gravity, two different variational approaches may be followed, namely the metric and the Palatini formalisms, which lead to very different equations of motion. We briefly describe the metric formalism and then concentrate on the Palatini variational approach to the gravity action. We make a systematic and detailed derivation of the field equations for Palatini f(R) gravity, which generalize the Einsteins equations of General Relativity, and obtain also the generalized Friedmann equations, which can be used for cosmological tests. As an example, using recent compilations of type Ia Supernovae observations, we show how the f(R) = R ? fi/Rn class of gravity theories explain the recent observed acceleration of the universe by placing reasonable constraints on the free parameters fi and n. We also examine the question as to whether Palatini f(R) gravity theories permit space-times in which causality, a fundamental issue in any physical theory [22], is violated. As is well known, in General Relativity there are solutions to the viii field equations that have causal anomalies in the form of closed time-like curves, the renowned G?del model being the best known example of such a solution. Here we show that every perfect-fluid G?del-type solution of Palatini f(R) gravity with density and pressure p that satisfy the weak energy condition + p 0 is necessarily isometric to the G?del geometry, demonstrating, therefore, that these theories present causal anomalies in the form of closed time-like curves. This result extends a theorem on G?del-type models to the framework of Palatini f(R) gravity theory. We derive an expression for a critical radius rc (beyond which causality is violated) for an arbitrary Palatini f(R) theory. The expression makes apparent that the violation of causality depends on the form of f(R) and on the matter content components. We concretely examine the G?del-type perfect-fluid solutions in the f(R) = R?fi/Rn class of Palatini gravity theories, and show that for positive matter density and for fi and n in the range permitted by the observations, these theories do not admit the G?del geometry as a perfect-fluid solution of its field equations. In this sense, f(R) gravity theory remedies the causal pathology in the form of closed timelike curves which is allowed in General Relativity. We also examine the violation of causality of G?del-type by considering a single scalar field as the matter content. For this source, we show that Palatini f(R) gravity gives rise to a unique G?deltype solution with no violation of causality. Finally, we show that by combining a perfect fluid plus a scalar field as sources of G?del-type geometries, we obtain both solutions in the form of closed time-like curves, as well as solutions with no violation of causality / Nesta disserta??o, ap?s uma breve revis?o sobre a Teoria da Relatividade Geral de Einstein e suas aplica??es para os modelos cosmol?gicos de Friedmann-Lemaitre- Robertson-Walker (FLRW), apresentamos e discutimos as teorias alternativas de gravidade denominadas de gravidade f(R). Estas teorias surgem quando substitu?mos na a??o de Einstein-Hilbert o escalar de curvatura de Ricci R por qualquer fun??o f(R) n?o-linear bem comportada. Elas fornecem uma maneira alternativa para explicar a acelera??o c?smica atual sem necessitar envolver qualquer componente de energia escura ou a exist?ncia de dimens?es espaciais extras. Quando lidamos com gravidade f(R), dois diferentes princ?pios variacionais podem ser seguidos, a saber, o formalismo m?trico e o de Palatini, os quais levam a equa??es de movimento muito diferentes. Descrevemos brevemente o formalismo m?trico e ent?o nos concentramos no princ?pio variacional de Palatini para a a??o da gravidade. Fazemos uma deriva??o sistem?tica e detalhada das equa??es de campo para a gravidade f(R) de Palatini, as quais generalizam as equa??es de Einstein da Relatividade Geral. Em seguida obtemos as equa??es de Friedmann generalizadas, que podem ser usadas para testes cosmol?gicos. Para exemplificar, usamos compila??es recentes de observa??es de supernovas do tipo Ia e mostramos como a classe de teorias de gravidade f(R) = R ? /Rn explica a recente acelera??o observada do universo quando colocamos v?nculos razo?veis sobre os par?metros livres e n. Examinamos tamb?m a quest?o de como teorias f(R) de gravidade em Palatini permitem espa?os-tempos em que a causalidade, um resultado fundamental em qualquer teoria f?sica [22], ? violada. Como ? bem conhecido, na Relatividade Geral existem solu??es para as equa??es de campo que possuem anomalias causais na forma de curvas tipo-tempo fechadas, sendo o modelo de G?del o exemplo mais bem conhecido de tais solu??es. Aqui mostramos que toda solu??o do tipo-G?del de gravidade f(R) em Palatini com fluido perfeito, caracterizado por densidade e press?o p, satisfazendo a condi??o de energia fraca + p 0, ? necessariamente isom?trica ? geometria de G?del, demonstrando, portanto, que essas teorias apresentam anomalias causais na forma de curvas tipo-tempo fechadas. Esses resultados ampliam um teorema sobre modelos tipo-G?del para a estrutura das teorias de gravidade f(R) de Palatini. Derivamos uma express?o para o raio cr?tico rc (al?m do qual a causalidade ? violada) para uma teoria arbitr?ria de gravidade f(R) de Palatini. A express?o encontrada tornou claro que a viola??o da causalidade depende da forma de f(R) e dos componentes do conte?do de mat?ria. Examinamos objetivamente as solu??es tipo-G?del de um fluido perfeito na classe f(R) = R ? /Rn das teorias de gravidade de Palatini e mostramos que, para uma densidade de mat?ria positiva e para e n em um intervalo permitido pelas observa??es, essas teorias n?o admitem como solu??es de suas equa??es de campo a geometria de G?del juntamente com um fluido perfeito. Nesse sentido, teorias de gravidade f(R) remediam a patologia causal na forma de curvas tipotempo fechadas que ? permitido na Relatividade Geral. Examinamos tamb?m essa viola??o de causalidade ao considerar um campo escalar como conte?do material. Para essa fonte, mostramos que a gravidade f(R) em Palatini d? origem a uma ?nica solu??o do tipo-G?del sem viola??o de causalidade. Finalmente, mostramos que a combina??o de um fluido perfeito mais um campo escalar como fontes de geometrias tipo-G?del, levam a solu??es na forma de curvas tipo-tempo fechadas como a solu??es sem viola??o de causalidade