Orientador: Julio Marny Hoff da Silva / Banca: Denis Dalmazi / Banca: Roldão da Rocha Júnior / Resumo: No capítulo 2 faz-se uma breve revisão e uma generalização da estrutura matemática sob a qual a teoria da relatividade restrita se fundamenta. Indiscutivelmente esta representa a base de todo formalismo que é desenvolvido ao longo deste trabalho. Enquanto capítulo este figura um papel eminentemente didático. No capitulo 3 faz-se um estudo detalhado do formalismo Lagrangiano em teoria quântica de campos, abordando tanto o campo escalar real como o campo escalar complexo. Dá-se atenção especial às transformações globais e locais que estes campos podem sofrer, dando origem a importantes resultados que são utilizados ao longo do trabalho: resultados estes provenientes, claro, dessas análises. No capítulo 4 é desenvolvido um conceito fundamental, a ideia de quebra espontânea de simetria. Trata-se do tema evidenciando as principais características de cada caso estudado, abeliano e não-abeliano. A partir dessa estrutura, no capitulo 5, faz-se um estudo refinado da construção de Dirac acerca da possibilidade de existência de monopolos magnéticos. Constrói-se, a aprtitr do eletromagnetismo usual de Maxwell, a primeira ideia de monopolos magnéticos, conhecido como monopolo de Dirac. Por ultimo, no capitulo 6, desenvolve-se a abordagem de t'Hooft e Polyakov acerca da possibilidade de existência de monopolos magnéticos. Partindo de uma lagrangiana não abeliana obtém-se a solução, estima-se a massa, e ainda se calcula a carga de monopolo. Todos os resultados obtidos nas mais variadas seções são comentados e confrontados trazendo à tona o contexto em que as teorias estudadas têm apenas representação especulativa e ainda qual a possibilidade de se encontrar monopolos magnéticos em teorias de grande unificação / Abstract: At first, in the chapter 2, we present a brief review and the generalization of the mathematical structure in which the special relativity theory is based on. This chapter plays a highly didactic role. Undoubtedly, this represents the basis of all formalism presented in this work. In chapter 3 we present the lagrangiana formalism in quantum field theory addressing the real scalar field and the complex scalar field. We pay a special attention to the global and the local transformations on the fields. in chapter 4 a fundamental concept is developed - the spontaneous breakdown symmetry. This topic in particular is treated showing the main features of each studied case - the abelian one and the non-abelian one. Based on this structure, in the chapter 5 a refined study is done about the Dirac's Monopole. From the usual electromagnetism theory it's buit the first idea about the magnetic monopole. In the and chapter 6, the t'Hooft and Polyakov treatment to the magnet monopole is constructed. Starting with a non-belian lagrangiana it's obtained the solution, the mass and its charge. All the obtained results in the more variety sections in the present text are commented bringing up te context in which the studied theories have only an speculated treatment and what is the possibility in finding magnetic monopoles in grand unification theories / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CrislaneSS_DISSERT.pdf: 1091298 bytes, checksum: 831e6bef52e8fad49a4683ec16886d4d (MD5) Previous issue date: 2011-04-14 / In the Einstein s theory of General Relativity the field equations relate the geometry of space-time with the content of matter and energy, sources of the gravitational field. This content is described by a second order tensor, known as energy-momentum tensor. On the other hand, the energy-momentum tensors that have physical meaning are not specified by this theory. In the 700s, Hawking and Ellis set a couple of conditions, considered feasible from a physical point of view, in order to limit the arbitrariness of these tensors. These conditions, which became known as Hawking-Ellis energy conditions, play important roles in the gravitation scenario. They are widely used as powerful tools for analysis; from the demonstration of important theorems concerning to the behavior of gravitational fields and geometries associated, the gravity quantum behavior, to the analysis of cosmological models. In this dissertation we present a rigorous deduction of the several energy conditions currently in vogue in the scientific literature, such as: the Null Energy Condition (NEC), Weak Energy Condition (WEC), the Strong Energy Condition (SEC), the Dominant Energy Condition (DEC) and Null Dominant Energy Condition (NDEC). Bearing in mind the most trivial applications in Cosmology and Gravitation, the deductions were initially made for an energy-momentum tensor of a generalized perfect fluid and then extended to scalar fields with minimal and non-minimal coupling to the gravitational field. We also present a study about the possible violations of some of these energy conditions. Aiming the study of the single nature of some exact solutions of Einstein s General Relativity, in 1955 the Indian physicist Raychaudhuri derived an equation that is today considered fundamental to the study of the gravitational attraction of matter, which became known as the Raychaudhuri equation. This famous equation is fundamental for to understanding of gravitational attraction in Astrophysics and Cosmology and for the comprehension of the singularity theorems, such as, the Hawking and Penrose theorem about the singularity of the gravitational collapse. In this dissertation we derive the Raychaudhuri equation, the Frobenius theorem and the Focusing theorem for congruences time-like and null congruences of a pseudo-riemannian manifold. We discuss the geometric and physical meaning of this equation, its connections with the energy conditions, and some of its several aplications. / Na teoria da Relatividade Geral de Einstein as equa??es de campo relacionam a geometria do espa?o-tempo com o conte?do de mat?ria e de energia, fontes do campo gravitacional. Esse conte?do ? descrito por um tensor de segunda ordem, conhecido como tensor energia-momento. Por outro lado, os tensores energia-momento que possuem significado f?sico n?o s?o especificados por essa teoria. Na d?cada de 70, Hawking e Ellis estabeleceram algumas condi??es, consideradas plaus?veis do ponto de vista f?sico, com o intuito de limitar as arbitrariedades desses tensores. Essas condi??es ficaram conhecidas como condi??es de energia de Hawking-Ellis, desempenham pap?is importantes no cen?rio da gravita??o. Elas s?o largamente usadas como poderosas ferramentas de an?lise, desde a demonstra??o de importantes teoremas relativos ao comportamento de campos gravitacionais e geometrias associadas, comportamento qu?ntico da gravita??o, at? as an?lises de modelos cosmol?gicos. Nesta disserta??o apresentamos uma dedu??o rigorosa das v?rias condi??es de energia em voga atualmente na literatura cient?fica, tais como: Condi??o de Energia Nula (NEC), Condi??o de Energia Fraca (WEC), Condi??o de Energia Forte (SEC), Condi??o de Energia Dominante (DEC) e Condi??o de Energia Dominante Nula (NDEC). Tendo em mente as aplica??es mais corriqueiras em Gravita??o e Cosmologia, as dedu??es foram feitas inicialmente para um tensor energia-momento de um fluido perfeito generalizado e depois estendidas aos campos escalares com acoplamento m?nimo e n?o-m?nimo ao campo gravitacional. Apresentamos tamb?m um estudo sobre as poss?veis viola??es de algumas dessas condi??es de energia, visando o estudo da natureza singular de algumas solu??es exatas da Relatividade Geral de Einstein, em 1955, o f?sico indiano Raychaudhuri derivou uma equa??o que hoje ? considerada fundamental para o estudo da atra??o gravitacional da mat?ria, a qual ficou conhecida como equa??o de Raychaudhuri. Essa c?lebre equa??o ? considerada o alicerce da compreens?o da atra??o gravitacional em Astrof?sica e Cosmologia e dos teoremas de Singularidades, como por exemplo, o teorema de Hawking e Penrose sobre a singularidade do colapso gravitacional. Nesta disserta??o derivamos a equa??o de Raychaudhuri, o teorema de Frobenius e o teorema da Focaliza??o para congru?ncias tipo-tempo e tipo-nulas de uma variedade pseudo-riemanniana. Discutimos o significado geom?trico e f?sico dessa equa??o, sua conex?o com as condi??es de energia, e algumas de suas in?meras aplica??es.

O impacto que estruturas algébricas podem exercer em teorias físicas e bem ilustrado pela Mecânica Quântica, onde os números complexos são inquestionavelmente a escolha mais adequada para desenvolver a teoria. A Relatividade Geral pseudo-complexa avalia a possibilidade da interação gravitacional assumir sua descrição mais natural quando construída tendo como base os números pseudo-complexos, que consistem em uma das três possibilidades de números complexos abelianos com uma unica unidade imaginária. Esse conjunto numérico e dotado de elementos não nulos cujo produto e zero, tais números recebem o nome de zeros generalizados ou divisores de zero. A presença de zeros generalizados permite a introdução de um princípio variacional modificado do qual um termo adicional, ausente na Relatividade Geral, emerge nas equações de campo. Esse termo adicional e interpretado como uma energia escura, cuja origem física está relacionada com flutuações no vácuo. A inclusão desse efeito e legítima pois flutuações no vácuo a priori devem gravitar como qualquer outra forma de energia. Das equações de campo podemos resumir a principal ideia conceitual da teoria, na Relatividade Geral pseudo-complexa massa não apenas curva o espaçotempo como também e capaz de alterar a estrutura do espaço-tempo ao redor da massa. As diferenças com relação a Relatividade Geral se manifestam em situações físicas extremas, no regime de campos gravitacionais intensos. Como aplicação analisamos sob o ponto de vista teórico um objeto compacto exótico composto por matéria escura fermiônica. / The impact that algebraic structures can exert on physical theories is well illustrated by Quantum Mechanics, where complex numbers are unquestionably the most appropriate choice to develop the theory. Pseudo-complex General Relativity evaluates the possibility that the gravitational interaction acquires its most natural description when constructed upon pseudo-complex numbers, which consist of one of the three possibilities of abelian complex numbers with a single imaginary unit. This numerical set is endowed with nonzero elements whose product is zero, such numbers are called generalized zeros or divisors of zero. The presence of generalized zeros allows the introduction of a modi ed variational principle from which an additional term, absent in General Relativity, emerges in the eld equations. This additional term is interpreted as a dark energy, whose physical origin is related to vacuum uctuations. The inclusion of this e ect is legitimate because a priori vacuum uctuations must gravitate as any other form of energy. From the eld equations we can summarize the main conceptual idea of the theory, in pseudo-complex General Relativity mass not only curves spacetime but also is able to change the structure of the spacetime around the mass. The di erences with respect to General Relativity are manifested in extreme physical situations in the regime of intense gravitational elds. As an application we analyze from the theoretical point of view an exotic compact object composed of fermionic dark matter.

As propriedades termodinâmicas relacionadas a um gás composto por partículas bosônicas em geometrias esfericamente simétricas são apresentadas ao longo deste trabalho. Utilizando o formalismo proposto por Ishibashi e Kodama, verificou-se que as equações de movimento associadas aos campos escalar e eletromagnético podem ser reduzidas a uma equação tipo Schrödinger. Ao considerarmos algumas soluções esfericamente simétricas observou-se que o espectro de energia associado às partículas é discretizado. Em particular, no estudo das lightspheres, superfícies onde os fótons estão confinados em órbitas fechadas, propomos um mecanismo de quantização para as partículas bosônicas. Estudamos algumas propriedades termodinâmicas e dentro deste tratamento, é apresentada uma expressão para a densidade de energia espectral da radiação emitida. Nossos resultados sugerem que as lightspheres quando termalizadas com o seu ambiente, possuem propriedades termodinâmicas não-usuais. Ao levarmos em consideração a presença da constante cosmológica negativa, constatou-se que além de um espectro de energia discretizado, a geometria adS possui um comportamento confinante, podendo ser interpretada como uma caixa de tamanho conhecido. Considerando um gás de partículas bosônicas confinadas na geometria anti-de Sitter, obtivemos as grandezas termodinâmicas associadas tais como energia interna, entropia e pressão. Para a energia interna observamos um comportamento diferente do usual para o limite de baixas temperaturas. / The thermodynamic properties related to a gas composed of bosonic particles in spherically symmetrical geometries are presented in this work. Using the formalism proposed by Ishibashi and Kodama, we have seen that the equations of motion associated to the scalar and electromagnetic fields can be reduced to a Schrödinger-like equation. For some spherically symmetrical solutions it has been demonstrated that the energy spectrum associated with the particles is discretized. In particular, when we considered lightspheres, surfaces where photons are confined in closed orbits, we propose a quantization procedure for the bosonics particles. In this treatment, it is presented an expression for the spectral energy density of the emmited radiation. Our results suggest that lightspheres thermalized with its environment, have unusual thermodynamical properties. When taken into account the presence of the negative cosmological constant, it has been shown that, besides a discretized energy spectrum, the geometry has a confining behavior and can be interpreted as a finite size box. Considering a gas of bosonic particles confined in the anti-Sitter geometry, we obtained the associated thermodynamics quantities such as internal energy, entropy and pressure. For the internal energy, in the low temperatures limit, we observe a different behavior from the usual one.

A hierarquia de equações de Boltzmann que descreve a temperatura e polarização da radiação cósmica de fundo ´e tratada no espaço das posições. Mostramos neste formalismo que temperatura e polarização podem ser descritas como medias dos termos de fonte ponderados por probabilidades associadas a um problema de voos aleatórios. Decorre da estrutura geral da hierarquia que se pode fazer uma expansão da temperatura e polarização em termos do numero de espalhamentos ocorridos durante a recombinação. Incorporamos o efeito de lentes gravitacionais sobre a radiação cósmica de fundo tirando proveito da estrutura das equações no espaço das posições. Mostraremos que o efeito ´e incorporado através de correções aos coeficientes da decomposição angular dos campos de temperatura e polarização. Para descrever o efeito de lentes gravitacionais fazemos uma revisão sobre resultados formais da teoria e apresentamos uma derivação de equações centrais em espaços-tempo arbitrários. / The Boltzmann hierarchy describing the temperature and polarization of the cosmic microwave background is presented in a position space formalism. We show that temperature and polarization can be described in terms of averages over source terms weighted by probabilities densities that appear in problems of random flights. The temperature and polarization signals can be expanded in terms of the number of scatterings photons suffered during the recombination. The gravitational lensing effects are incorporated over the free-propagation phase of the CMB photons. This effect can be included in the position space formalism as a correction to the expansion coefficients of the temperature and polarization fields. The bases of the theory of gravitational lensing are also presented and a rederivation of the central equations of the theory in arbitrary spacetimes is here developed.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Esta pesquisa procura entender o cotidiano das ExpediÃÃes BritÃnica, Americana e Brasileira, no ano de 1919, na cidade de Sobral, na tentativa de confirmar a Teoria da Relatividade de Albert Einstein. As relaÃÃes travadas entre cientistas, autoridades locais e imprensa explicitam os discursos e as prÃticas cientÃficas contrastantes de modernidade universal e atraso local / This research seeks to understand the daily routine of British, American and Brazilian Expeditions, in 1919, in the city of Sobral, in an attempt to confirm the Theory of Relativity by Albert Einstein. The relationships developed between scientists, local authorities and the media expose the discourses and scientific practices of modernity and backwardness local

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Nesse trabalho à analizado a localizaÃÃo de fÃrmions de spin 1/2 em um bulk D-dimensional em um cenÃrio de (D-2)-branas. O modelo usado para tal à uma extensÃo para mais dimesÃes dos modelos Randall-Sundrum (RS) e de brana espessa. Ele à conhecido como modelo de codimensÃo 1. Os resultados obtidos sÃo fundamentados em uma geometria nÃo-fatorizÃvel do tipo Anti-de Sitter. Durante o processo de localizaÃÃo do modo zero, usa-se tanto a mÃtrica de Randall-Sundrum como uma mÃtrica com fator de dobra suave que depende da coordenada da dimensÃo extra, frequentemente usada nos modelos de brana espessa. As representaÃÃes de spin 1/2 variam com a dimensÃo do espaÃo-tempo, entÃo o processo de localizaÃÃo deve levar em conta a dimensionalidade do bulk. Baseados nesses modelos, descobre-se que a localizaÃÃo de fÃrmions em (D-2)-branas muda quando o espaÃo-tempo à par ou Ãmpar. Eles nÃo sÃo localizados quando a dimensionalidadedo bulk à par e somente uma das quiralidades pode ser localizada quando D à Ãmpar. / In this work we analyzed the localization of fermions of spin-1/2 in a D-dimensional bulk in a (D-2)-branes scenario. The model used for this is a dimensional extension of models Randall-Sundrum (RS) and thick branes. It is known as co-dimension 1 model. The obtained results are based in no-factorizable geometry type Anti-de Sitter. During the zero mode localization process, it is uses both the Randall-Sundrum metric as a metric with smooth warped factor that depends on the coordinate of extra dimension, frequently used in thick brane models. As the spin-1/2 representations change with dimension of spacetime, the localization process, somehow, must take into account the dimensionality of bulk. Based on these models, one finds that the localization fermions in (D-2)-branes changes when the spacetime is par or odd. They are not located when the dimensionality of bulk is par an only one of chiralities can be located when D is odd.

nÃo hà / Neste trabalho, apresenta-se o formalismo canÃnico de quantizaÃÃoo da gravidade, tanto em sua formulaÃÃo original, para a qual a mÃtrica à a variÃvel canÃnica, quanto na de Ashtekar, onde a conexÃo autodual assume o papel de variÃvel canÃnica. Nesta Ãltima formulaÃÃo, as equaÃÃes de vÃnculo do formalismo sÃo drasticamente simplificadas, e, fazendo uso da teoria de Chern-Simons, constrÃi-se um estado que satisfaz estas equaÃÃes no vÃcuo, constituindo uma importante soluÃÃo para a equaÃÃo de Wheeler-DeWitt. O estado de Chern-Simons tambÃm tem uma representaÃÃo em loops, que recebe este nome por ser formulada em termos dos loops de Wilson.

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T14:48:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazPolanco_JoseLuisBernardo_D.pdf: 1702870 bytes, checksum: b78c0c03a9b2631b73aa3127ce3e7c0b (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Apresentamos duas soluções analíticas das equações de Einstein: A primeira para o caso estático no qual um fluido carregado está em torno de um corpo massivo com propriedades magnétic~ do tipo dipolar. Esta solução se reduz à solução de Gutsunaev-Manko [Ts.I. Gutsunaev , V .8. Manko Phys. Lett. 5, 215, 19851 se o fluido carregado desaparece. Encontramos que o balanço entre os campos acoplados é devido à existência de fluxos de energia (térmica e eletromagnética) auto-compensados. A pressão de radiação compensa os efeitos dinâmicos do fluido ao redor do corpo central. Estudamos os fluxos de energia no sistema e suas propriedades termodinâmicas. Encontramos o estado termodinâmico do sistema. Esta solução contém a solução de 8chwarzschild como caso particular . A segunda solução descreve um dipolo magnético massivo e irradiante. Esta solução é dependente do tempo e descrevemos cada uma das grandezas que participam na solução. Analisamos os fluxos de energia do sistema e notamos que a radiação do dipolo diminui com o tempo chegando num estágio final do tipo dipolo magnético massivo no vácuo. Torna-se interessante pensar na possibilidade de observação destes fluxos de energia na vizinhança de objetos estrelares compactos com propriedades magnéticas extremas / Abstract: We derive analytical solutions of the Einsteinfs equations for two different cases: The first one, a static case, in which a charged fluid is around a mass with extreme magnetic properties of the dipole type. This solution reduces to the Gutsunaev-Manko solution [Ts.I. Gutsunaev , V .S. Manko Phys. Lett. 5, 215, 19851 in the abscense of the charged fluid. We found that the gravitational equilibrium of the system is achieved when the energy fluxs ( thermal and electromagnetic) are balanced and the effective radiation pressure compensates the gravitational effects in the fluid. We study the flows of energy in the system and their thermodynamics properties, we found an analytical expression for the thermodynamic state of the coupled systems. This solution contains the Schwarzschild solution as a particular case. The second solution describes a massive magnetic dipole emiting radiation decreasing in time. In this case we also found the thermodynamic state of the system. As a conclusion, we believe that our theoretical model can be applied to compact stellar systems with extreme magnetic properties / Doutorado / Relatividade e Gravitação / Doutor em Ciências

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-16T14:37:21Z No. of bitstreams: 1 Izabelly Karine da Silva.pdf: 1223157 bytes, checksum: dc2dd80a1fcfb5f53ec71dd6ba97ad58 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-16T14:37:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Izabelly Karine da Silva.pdf: 1223157 bytes, checksum: dc2dd80a1fcfb5f53ec71dd6ba97ad58 (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / The objective of this dissertation is to analyze the changes in the notion of relativistic time, and the aspects relative to teaching of this notion at middle school, that future Physics teachers start to highlight, after experiencing an intervention based on Kelly's Personal Construct Theory. Since we deal with a complex subject, The Theory of Relativity, many times we cannot comprehend it during our formative process, what implies in future difficulties for our teaching practice. Through Kellyan Experience Cycle (KEC) and a workshop about The Theory of Relativity, future Physics teachers reflected about the repercussion of this experience on their conceptions about the notion of relativistic time, and talked about some aspects related to the teaching of this notion at middle school. The results indicate that, despite the changes that occurred at students' conceptions, not all of them could differentiate the notion of absolute time from that of relativistic time. We verified that, after the experience of the workshop about the kinematics of space-time, they realized that they could start to teach the notion of relativistic time to middle school students, without mentioning that they were dealing with the Theory of Relativity, to avoid psychological blockade. However, they presented difficulties to notice the aspects related to the teaching of that notion. / Esta dissertação tem como objetivo analisar as mudanças na noção de tempo relativístico, e os aspectos relativos ao ensino dessa noção no Ensino Fundamental, que futuros professores de Física passam a destacar, após vivenciarem uma intervenção baseada na Teoria dos Construtos Pessoais de Kelly. Por tratarmos de um assunto complexo, a Teoria da Relatividade, muitas vezes não conseguimos compreendê-lo durante o nosso processo formativo, o que acarreta dificuldades futuras a nossa prática docente. Através do Ciclo da Experiência de Kelly (CEK), e de uma oficina sobre a Teoria da Relatividade, licenciandos em Física refletiram sobre a repercussão dessa vivência em suas concepções sobre a noção de tempo relativístico, e dialogaram sobre alguns aspectos relativos ao ensino dessa noção no Ensino Fundamental. Os resultados obtidos indicam que, apesar das mudanças que iam ocorrendo na concepção dos alunos, nem todos conseguiram diferenciar a noção de tempo absoluto da de tempo relativístico. Verificamos que após a vivência da Oficina sobre a Cinemática do Espaço-Tempo, eles perceberam que poderiam começar a ensinar a noção de tempo relativístico a alunos do Ensino Fundamental, sem mencionar que tratavam da Teoria da Relatividade para evitar bloqueios psicilógicos. Porém, apresentaram dificuldades para perceber os aspectos relativos ao ensino dessa noção.