The equivalence principle has proven to be central to theories of gravity, with General Relativity being the simplest and most elegant theory to embody the principle. Most alternative theories of gravity struggle to satisfy the principle and still be distinct from GR. Extensions of cosmological and quantum theories question the irrefutably of the equivalence at every scale. The possibility of an equivalence principle violation at galactic scales would be an exciting prospect. In this thesis, we will carefully examine the equivalence principle through the study of chameleon scalar-tensor theories, this will include solutions for hypothetical stars known as boson stars. Such theories find varied application, especially in cosmology, where they model dark energy and inflation. The AWE hypothesis, is an instance of this. It is a nonuniversally coupled model in which violations of the equivalence principle on galactic scales may be apparent. We investigate spherically symmetric and static solutions within the framework of this theory. The constraints obtained from galactic rotation curves results in values of the couplings that show no significant violation of the equivalence principle or values consistent with a theory of dark energy

Este trabalho visa o estudo das perturbações de sistemas gravitacionais altamente compactos, como buracos negros e estrelas de nêutrons e de quarks. As perturbações em questão podem ser de diversas naturezas (escalar, eletromagnética ou gravitacional), sendo que detivemo-nos mais atentamente naquelas de natureza gravitacional, pois estas têm despertado mais interesse por serem astronomicamente mais fáceis de detectar. Além de estudarmos tais perturbações, procedemos a uma comparação dos resultados para buracos negros, estrelas de nêutrons e de quarks. Tal comparação justifica-se pelo fato de que a confrontação de previsões teóricas com resultados experimentais pode ajudar-nos a identificar objetos astronômicos de interesse, distingüi-los e, no caso de estrelas, aprender algo sobre sua estrutura interna, particularmente sobre a equação de estado (EDE) do fluido estelar. No que se segue, dividimos o trabalho em sete partes. Em primeiro lugar, damos uma introdução bastante sucinta ao mesmo (Capítulo 1). Depois, falamos sobre a física de estrelas de nêutrons e de quarks (Capítulo 2). A seguir, fazemos um estudo comparativo dos dois tipos de estrelas (Capítulo 3). Mais adiante, discutimos as perturbações de diversos tipos, além de definir os MQNs (Modos Quasi-Normais) de buracos negros de Schwarzschild (Capítulo 4). Prosseguimos a discussão com a métrica de Reissner-Nordström-de Sitter (Capítulo 5) e introduzimos, na seqüência, os MQNs estelares, de forma muito breve (Capítulo 6). Por fim, apresentamos nossas conclusões (Capítulo 7). A parte inédita deste trabalho está concentrada nos capítulos 5 e 6, os quatro anteriores servindo de preparativo e de base comparativa para estes dois. / This work aims the detailed study of the perturbations of highly compact gravitational systems, such as black holes and both neutron and quark stars. Such perturbations may have several different characters, such as scalar and electromagnetic fields as well as gravitational (either axial or polar) disturbances. We have focused more closely on the latter kind of perturbation, since they offer better possibilities of detection in the near future, in the form of gravitational waves. Besides studying the aforementioned perturbations, we have proceeded to a comparison between black holes and neutron and quark stars , when it comes to the outcomes of the perturbations, usually called QNMs (quasi-normal modes). Such a comparison is actually in order, since a direct comparison of theoretical and observational data may help us identify astronomical objects and, in the case of compact stars, may provide valuable insights into these stars' inner structure, particularly when it comes to their equation of state (EOS). In what follows, we have subdivided this work in seven parts. We begin with a brief introduction (Chapter 1), then proceed to a description of the physics of both neutron and quark stars (Chapter 2) and, in the sequence, to a comparative study of both kinds of star (Chapter 3). Subsequently, we develop the perturbation theory of the Schwarzschild black holes, discussing their QNMs (Chapter 4) and doing the same, later, for a more general Reissner-Nordström-de Sitter geometry (chapter 5). After that, we provide a very brief introduction to the stellar MQNs (Chapter 6). Finally, we present our conclusions (Chapter 7). The chapters 5 and 6 carry the inedit part of this work, and the chapters from 1 to 4 pave the way and provide a comparative basis for them.

The purpose of this study was to see how the fundamental properties of hyperbolic geometry applies in physics.

In this thesis, we consider three aspects of black holes. First, we examine a black hole boosted through a uniform magnetic field. We find that it can acquire an electric charge, just as a spinning black hole in an ambient magnetic field can, though the gravito-electrodynamics upstage naive arguments about screening electric fields in determining the value of the charge accrued. We study the chaotic behavior of the charged particles via their fractal basin boundaries. Second, we study the vanishing of Love numbers for black holes from a geometric perspective and connect it to the existence of quasinormal modes in de Sitter space. Behind each phenomenon is a ladder structure with a geometric/representation-theoretic origin which makes it possible to connect the asymptotic behavior of solutions at different boundaries. Third, we model the formation of a black hole in dRGT massive gravity in a de Sitter background with a collapsing homogeneous and pressureless ball of dust or ``star''. We focus on several choices of parameters corresponding to models of interest. We compute the position of the apparent horizon where it crosses the surface of the star, the Ricci curvature at the boundary, and the finite correction to the curvature of the apparent horizon due to the graviton mass. We argue that our collapsing solutions cannot be matched to a static, spherically symmetric vacuum solution at the star's surface, providing further evidence that physical black hole solutions in massive gravity are likely time-dependent.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth and Planetary Science, 1980. / Microfiche copy available in Archives and Science. / Includes bibliographical references. / by Thomas Marshall Eubanks. / M.S.

Dans cette thèse nous analysons la place logique que les principes ont occupée à la fin du XIXe et au début du XXe siècle dans la construction des théories relativistes. Après une présentation de caractère général et historique (chapitres 1-3) dans laquelle nous rappelons le statut des principes dans la tradition classique et dans les travaux de Newton, et dans laquelle nous tentons de montrer comment la théorie de la thermodynamique et les théories de la lumière ont pu remettre en cause cette tradition, le corpus de la thèse peut être divisé en deux grandes parties, une première (chapitres 4-6) consacrée à la relativité restreinte, et une deuxième (chapitres 7-9) consacrée à la théorie de la relativité générale. Le chapitre 1 est consacré à rappeler ce que sont les principes dans la tradition classique, d’Aristote à Galilée et Newton. Dans le deuxième chapitre nous évoquons la formulation des deux principes de la thermodynamique et nous montrons en quoi ils s’éloignent de la mécanique classique et peuvent être considérés comme deux principes d’un nouveau type. Dans le troisième chapitre nous présentons un panorama des théories physiques à la fin du XIXe siècle, afin de replacer dans leur contexte les réflexions qui ont conduit à la formulation de la théorie de la relativité restreinte. Les chapitres quatre et cinq sont consacrés au principe de relativité. Dans le chapitre quatre nous l’abordons de façon géométrique, en mettant en évidence les différences entre espace géométrique et espace physique et les problèmes liés à l’espace absolu. Au chapitre cinq nous analysons de plus près la formulation du principe de relativité dans les travaux de Poincaré de 1904-1905. Le chapitre six est consacré à la présentation de la relativité restreinte faite par Einstein la même année 1905. Les chapitres sept, huit et neuf sont consacrés à la relativité générale et aux principes qu’Einstein pose à sa base. Dans le chapitre sept nous analysons le principe d’équivalence et la première période de formulation de la théorie de la relativité générale (1907-1912). Le chapitre 8 reprend le thème de la géométrie et montre comment des considérations générales sur la non-validité de la géométrie euclidienne ont mis Einstein sur la voie de la théorie généralisée de la gravitation. Le chapitre 9 aborde un moment délicat de la construction de la théorie :les années 1913-1915, pendant lesquelles Einstein abandonne l’idée de covariance générale et essaie d’établir les équations de la théorie. Nous analysons les principes qui le guident dans ses recherches et ceux qu’il abandonne (même temporairement), pour montrer enfin comment Einstein est arrivé à la formulation de la théorie de la relativité générale. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thesis (MSc (Physics))--Stellenbosch University, 2008. / Nuclear physics can be applied in various ways to the study of neutron stars. This thesis reports on one such application, where the relativistic mean-field approximation has been employed to calculate the equations of state of matter in the neutron star interior. In particular the equations of state of nuclear and neutron star matter of the NL3, PK1 and FSUGold parameter sets were derived. A survey of available literature on neutron stars is presented and we use the derived equations of state to reproduce the properties of saturated nuclear matter as well as the mass-radius relationship of a static, spherical symmetric neutron star. Results are compared to published values of the properties of saturated nuclear matter and to available observational data of the mass-radius relationship of neutron stars.

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Alberto Vasquez Saa / Banca: Daniel Augusto Turolla Vanzella / Banca: Nathan Jacob Berkovits / Banca: Carlos Monken / Resumo: Mesmo tratando a gravidade classicamente, a Teoria Quântica de Campos em Espaços Tempos Curvos (TQCEC) faz previsões impressionantes sobre o comportamento de campos quânticos na presença de campos gravitacionais. Entretanto, ao mesmo tempo em que nos revela efeitos surpreendentes, a TQCEC levanta uma série de questionamentos. O desenvolvimento de uma teoria na interface entre a teoria da relatividade, a mecânica quântica e a teoria da informação poderá não só lançar uma nova luz em tais questões como também nos permitir descobrir novos efeitos de gravitação quântica de baixas energias. Entretanto, os efeitos que a teoria da relatividade causa na teoria da informação quântica são não triviais já no espaço-tempo de Minkowski. Faz-se necessáaria portanto uma análise cuidadosa de tais efeitos já no contexto da relatividade especial. Sendo assim, estudamos primeiro o comportamento das desigualdades de Bell usando férmions de spin 1/2 e fótons quando os detetores que medem spin e polarização, respectivamente, movemse com certa velocidade. Além disso, usamos o limite de Holevo para estudar sistemas de comunicação quando as partes que trocam informação tem um movimento relativo. Como um desenvolvimento natural, estudamos diversos aspectos da teoria da informação quântica no contexto da teoria quântica de campos e, em particular, do efeito Unruh. Tais resultados nos permitiram prever o comportamento de qubits nas vizinhanças de um buraco negro de Schwarzschild / Abstract: Although it treats gravity classically, the Quantum Field Theory in Curved Spacetimes (QFTCS) makes remarkable predictions about de behavior of quantum fields in the presence of gravitational fields. However, these striking discoveries raises several issues. The development of a theory at the interface between the theory of relativity, quantum mechanics and information theory could not only shed new light on such questions as well as allow us to uncover new low-energy quantum gravity effects. However, relativity affects quantum information theory in a highly non-trivial way already in Minkowski spacetime. Therefore, a careful analysis of these effects in the context of special relativity is needed. For this purpose, we begin investigating how the movement of the spin and polarization detectors influences the Bell inequalities using spin 1/2 fermions and photons, respectively. Then, we use the Holevo bound to investigate quantum communication channels when the parts that trade information have a relative motion. As a natural development, we use quantum field theory and, in particular, the Unruh effect to analyze several aspects of quantum information theory. This enables us to predict the behavior of qubits in the vicinity of a Schwarzschild black hole / Doutor

A discrete formalism for General Relativity was introduced in 1961 by Tulio Regge in the form of a piecewise-linear manifold as an approximation to (pseudo-)Riemannian manifolds. This formalism, known as Regge Calculus, has primarily been used to study vacuum spacetimes as both an approximation for classical General Relativity and as a framework for quantum gravity. However, there has been no consistent effort to include arbitrary non-gravitational sources into Regge Calculus or examine the structural details of how this is done. This manuscript explores the underlying framework of Regge Calculus in an effort elucidate the structural properties of the lattice geometry most useful for incorporating particles and fields. Correspondingly, we first derive the contracted Bianchi identity as a guide towards understanding how particles and fields can be coupled to the lattice so as to automatically ensure conservation of source. In doing so, we derive a Kirchhoff-like conservation principle that identifies the flow of energy and momentum as a flux through the circumcentric dual boundaries. This circuit construction arises naturally from the topological structure suggested by the contracted Bianchi identity. Using the results of the contracted Bianchi identity we explore the generic properties of the local topology in Regge Calculus for arbitrary triangulations and suggest a first-principles definition that is consistent with the inclusion of source. This prescription for extending vacuum Regge Calculus is sufficiently general to be applicable to other approaches to discrete quantum gravity. We discuss how these findings bear on a quantized theory of gravity in which the coupling to source provides a physical interpretation for the approximate invariance principles of the discrete theory. / by Jonathan Ryan McDonald. / Vita. / Thesis (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2009. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 2009. Mode of access: World Wide Web.

Tesi doctoral - Universitat de Barcelona. Facultat de Física, 1980 / A la relativitat, a diferència de la mecànica newtoniana, no trobem exemples senzills de sistemes dinàmics de diverses partícules. La formulació covariant Lorentz de les equacions del moviment per a sistemes de partícules en interacció, directament en termes de les variables de les partícules és l'objecte de les teories d'acció a distància. Les dificultats d'aquestes teories consisteixen a que les equacions que donen no són equacions diferencials ordinàries, per a les quals hom no sap formular teoremes d'existència i unicitat ni tampoc cap mètode de solució (ni tan sols numèric). Això mateix passa amb qualsevol teoria de camps. L'acció a distància instantània té dues branques. Una és la iniciada per Dirac, consistent en buscar una formulació Hamiltoniana utilitzant per a tal fí l'estructura del grup de Poincaré, i demanant que les transformacions d'aquest grup siguin canòniques. L'interès d'una formulació Hamiltoniana rau en que permet de quantificar la teoria fàcilment. La segona branca, dins de la qual es situa aquest treball és la Mecànica Relativista Predictiva. El punt de partença és mantenir fermament la invariància de les línies d'univers de les partícules i demanar unes equacions del moviment estrictament Newtonianes: acceleracions instantànies en termes de posicions i velocitats instantànies de les partícules. El fet que la simultaneïtat no sigui un concepte covariant fa que aquest punt de vista sembli inacceptable. No obstant hom demostra que les equacions de tipus newtonià són compatibles amb la invariància sota el grup de Poincaré. Aquest prejudici ha fet que la dinàmica relativista de N partícules no sigui desenvolupada fins molt tard, molt després de la formulació de la relativitat restringida per Einstein. Podem trobar un. fonament formal per això a l'electrodinàmica mateixa. Eliminant els camps i fent desenvolupaments de Taylor en les càrregues hom arriba a equacions del moviment del tipus Newtonià. La propietat de covariància sota el grup de Lorentz, que tenien les equacions de partença, es manté per tant en la versió derivada instantània (encara que aquesta instantaneitat sigui totalment formal) Tornant al cas general, la dificultat de la no-covariància de la simultaneïtat rau en que posicions i velocitats que són simultànies en un sistema de referència no ho són en un altra sistema en moviment respecte del primer; i per que la dinàmica en el sistema mòbil tingui la mateixa forma que en el primer sistema considerat, hem de prendre noves posicions i velocitats, desplaçades al llarg de cada línia d'univers de les partícules, tal de que siguin simultànies en el sistema mòbil. Això exigeix integrar les equacions del moviment per obtenir les òrbites. Aquesta situació sembla insuperable. Però solament ens cal considerar transformacions infinitesimals, perquè tota transformació finita de Poincaré pot ésser descomposta com una seqüència de transformacions infinitesimals. Així obtenim fàcilment condicions necessàries i suficients que garanteixen la covariància de la dinàmica de tipus Newtonià proposada. En el primer capítol d'aquest treball farem un resum del que és la mecànica relativista predictiva per passar després a aplicar-la al cas de dues partícules en interacció electromagnètica, amb radiació, al capítol 3. En el camp de les teories d'acció a distància, aquests darrers anys han apaeagut diferents treballs sobre models L~grangians singulars. Un Lagrangià singular és aquell per al qual la matriu Hessiana respecte de les velocitats generalitzades és singular; això fa que hom no pugui aïllar directament les acceleracions a partir de les equacions d'Euler-Lagrange. La teoria d'aquests sistemes arriba a unes equacions del moviment (a les quals hi apareixen funcions arbitràries), vàlides solament sobre una subvarietat de l'espai de les fases. Els avantatges d'aquestes teories consisteixen en que hom pot desenvolupar un formalisme Hamiltonià que permet de quantificar fàcilment la teoria. Els teoremes de no interacció no es poden aplicar, ja que les posicions de les partícules no són variables canòniques i les equacions del moviment obtingudes són vàlides únicament sobre una subvarietat de l'espai de les fases. Ara bé, les equacions del moviment que hom deriva d'aquestes teories no són equacions diferencials de segon ordre, ja que contenen funcions arbitràries; a més les condicions inicials no poden ésser qualsevulles, sinò que han de estar sobre la subvarietat abans esmentada. Una altra dificultat es presenta quan escrivim les triacceleracions que s'observen des d'un sistema inercial. Per a alguns sistemes aquestes acceleracions seran instantànies (en el sentit de que venen descrites en termes de posicions i velocitats simultànies de la resta de partícules) mentre que per d'altres no. Però des del punt de vista de la mecànica relativista predictiva, desitgem que no hi hagi cap observador inercial privilegiat. Així, la segona part d'aquest treball està dedicada a buscar un sistema predictiu que coincideixi amb el sis tema dinàmic que es deriva d'un Lagrangià singular donat. Trobarem condicions generals sota les quals tal cosa és possible, i aplicarem els resultats al model de Dominici-Gomis-Longhi (al capítol 5). La motivació d'aquests treballs és aprofundir els coneixements de la dinàmica relativista de sistemes de N partícules (des del punt de vista de la Mecànica Predictiva), ja que pensem que part de les dificultats de la Teoria Quàntica de Camps (eliminació d'estats d'energia negativa; impossibilitat de tractar estats lligats i d'altres) tenen origen relativista i no quàntic. Una mostra d'això són els models Lagrangians singulars proposats per explicar la interacció entre els quarks, els quals permeten d'eliminar els estats no físics (norma negativa) i presenten potencials relativistes que permeten d'explicar el confinament dels quarks.