Investigamos soluções de ricochete em uma teoria de gravidade modificada proposta por Brandenberger, Mukhanov e Sornborger. Mostramos, em particular, que um universo em contração, espacialmente plano e com fluidos usuais de matéria (poeira e radiação), conecta-se regularmente à fase de expansão acelerada antes de se unir ao período posterior de expansão desacelerada. A fase final emerge como uma expansão de Sitter. No âmbito da teoria da relatividade geral, é conhecido o fato de que soluções de ricochete são possíveis apenas em universos abertos. Esta propriedade pode ser entendida em termos do tempo característico do ricochete, cuja duração, nesse contexto, possui um valor mínimo. No modelo que apresentamos, por outro lado, os ricochetes também ocorrem em universos planos, o que significa que a duração desta transição é arbitrária. Embora o modelo que investigamos seja de quarta ordem nas derivadas da métrica (sendo assim sujeito à instabilidade das perturbações), a dinâmica desta classe de soluções pode ser extendida a modelos motivados pela teoria de cordas capazes de acomodar ricochetes em universos planos. / We investigate bouncing solutions in the framework of a nonsingular gravity model of Brandenberger, Mukhanov and Sornborger. We show that a spatially at universe lled with ordinary matter undergoing a phase of contraction reaches a stage of minimal expansion factor before bouncing in a regular way to reach the expanding phase. The expansion can be connected to the usual radiation- and matter-dominated epochs before reaching a nal expanding de Sitter phase. In general relativity, a bounce can only take place provided that the spatial sections are positively curved, a fact that has been shown to translate into a constraint on the characteristic duration of the bounce. In our model, on the other hand, a bounce can occur also in the absence of spatial curvature, which means that the time scale for the bounce can be made arbitrarily short or long. Although the model we investigate is fourth order in the derivatives of the metric (and therefore unstable vis-à-vis the perturbations), this generic bounce dynamics should extend to string-motivated nonsingular models which can accomodate a spatially at bounce.

Temos utilizado o método de Hartree-Fock-Roothaan, seguido da teoria de perturbação de segunda ordem, para a determinação das propriedades estruturais e eletrônicas dos aglornerados GaAs, G2As, GaAs2, Ga3As, Ga2As2, GaAs3, G4As, Ga3As2, Ga2As4, GaAs4, Ga3As3, G4Asa, Ga3As4, Ga4As4 e seus íons positivos e negativos. A estrutura de equilíbrio de cada um destes aglomerados foi determinada através de cálculos de otimização de geometria sem a imposição de vínculos espaciais de simetria sobre a função de onda. Uma vez determinadas as estruturas dos estados fundamentais destes aglomerados, obtivemos os valores de diversas propriedades eletrônicas e energéticas, como o potencial de ionização, a afinidade eletrônica, 0 bond-order, populações orbitais de Mulliken, carga sobre os átomos, natureza dos HOMO-LUMO, etc. Com estas informações, pudemos então descrever de forma detalhada cada um destes aglomerados e comparar nossos resultados com os existentes na literatura. Realizando uma analise conjunta dos resultados obtidos, deduzimos um padrão estrutural a ser seguido por estes pequenos aglomerados de GaAs, onde as formas embrionárias destes aglomerados têm SUM estruturas geométrica e eletrônica baseadas em configurações altamente simétricas, formadas pelos átomos de As. Os átomos adicionais de Ga entram em posições que favorecem um padrão de hibridização e ordenamento químico que tende ao padrão apresentado pelo cristal de GaAs. A passagem para uma estrutura em camadas e observada ocorrer ja no aglomerado estequiométrico com oito átomos. Utilizando o princípio de hard and soft acids and bases, estudamos a reatividade química do aglomerado Ga2As2 e da superfície GaAs[ll0], quando em interação com átomos externos. / Using the Hartree-Fock-Roothaan method, followed by second-order perturbation theory we determined the structural and electronic properties of the GaAs, Ga2As, GaAs2, Ga3As, Ga2As2, GaAs3, Ga4As, Ga3As2, Ga2As3, GaAs4, Ga3As3, Ga4As3, Ga4As4, Ga4As4 clusters and its positive and negative ions. The equilibrium structure for each of these clusters was determined throgh geometry optimization calculations, without spatial symmetry constraint on the wave function. Once we have determined the ground state structures of these clusters, the values of different electronic and structural properties were evaluated. This includes the ionization potential, electron affinity, bond-order, Mulliken populations, the nature of the HOMO-LUMO orbitals, etc. With these informations we described in detail each one of the clusters, and we compared our results with the experimental and theoretical published results. Analysing the assembly of the obtained results, we can deduce a structural pattern to be followed by these small clusters of GaAs, where the embrionary forms of these clusters have the geometric and electronic structures based on highly symmetrical configurations formed by the As atoms. The Ga aditional atoms enter in positions that enhance a hybridization and chemical ordering which tends to that presented by the bulk. The change for a layer structure is observed occur yet in the eight atoms stechiometric cluster. Using the hard and soft acids and bases principle, we have studied chemical reactivity of the Ga2As2 cluster and the GaAs[ll0] surface when in interaction with atoms.

Nesta dissertação são explorados efeitos clássicos e semi-clássicos em espaços-tempos quase-extremos. Na classe de geometrias tratadas aqui, uma região estática entre dois horizontes é considerada, de forma que estes horizontes estão muito próximos e as suas gravidades superficiais são muito pequenas. Este limite quase-extremo surge em vários contextos de interesse, envolvendo buracos negros assintoticamente de Sitter, buracos de minhoca e buracos negros em universos com seção espacial compacta. No trabalho desenvolvido, buracos de minhoca ligando duas regiões com horizontes cosmológicos são estudados em detalhes. Uma vez caracterizada, algumas das propriedades clássicas destas estruturas e efeitos semi-clássicos são explorados. O tratamento quântico proposto leva naturalmente a uma caracterização termodinâmica associada aos horizontes atrapantes presentes na geometria. Consideramos especificamente propriedades térmicas associadas a um campo escalar nos espaços-tempos de interesse. Uma revisão do formalismo de Hayward é feito, com a sua adaptação para espaços-tempos importantes. Buracos de minhoca no regime quase-extremo são discutidos em detalhes. / In this dissertation, classical and semi-classical effects in quasi-extreme spacetimes are explored. In the class of geometries treated here, a static region between two horizons is considered, in such a way that these horizons are very close and their surface gravities are very small. This quasi-extreme limit appears in several contexts of interest, such as asymptotically de Sitter black holes, wormholes and black holes in universes with compact spatial section. In the developed work, wormholes connecting two regions bounded by cosmological horizons are studied in detail. Once some of the classical properties of these structures are characterized, semi-classical effects are explored. The proposed quantum treatment naturally leads to a thermodynamic characterization associated to the trapping horizons present in the geometry. We specifically consider thermal properties associated to a scalar field in the spacetimes of interest. A review of Hayward\'s formalism is presented, with a proper adaptation to important space-times. Wormholes in the near extreme regime are discussed in detail.

Analisamos, em particular, a estabilidade das soluções tipo tracker. Nossa análise é global, baseando-se na existência de funções de Lyapunov para pontos críticos previamente identificados na literatura e já estudados no regime linear local. Aplicamos a metodologia desenvolvida no contexto cosmológico para encontrar soluções superaceleradas, definidas quando a equação de estado é muito negativa ( = p/ < -1), e estimar a bacia de atração em torno dos pontos fixos estáveis. Baseado nestes resultados, propomos um modelo livre de instabilidades clássicas e/ou quânticas capaz de descrever a recentemente descoberta fase de expansão acelerada do Universo, incluindo os eventuais regimes superacelerados levemente favorecidos pelos dados observacionais disponíveis atualmente. / We analyzes, in particular, the stability of tracker solutions. Our analyzes is global, based in the existence of Lyapunov functions for fixed points previously identified in the literature and studied in the local linear regime. The methodology developed in the cosmological context is applied to find superaccelerated solutions, defined when the equation of state is very negative ( = p/ < -1), and to obtain the attraction basin around the stable fixed point. Based in these results, we propose a model free of classical and/or quantum instabilities, capable of describing the recently discovered fase of accelerated expantion of the Universe, including the possible superaccelerated regime slightly favored by the available observational data.

Vários sistemas físicos podem ser tratados como problemas de espalhamento e, para esses problemas, uma quantidade observada surge naturalmente: a razão entre as intencidades reetidas e incidentes, a que damos o nome de coeciente de reexão. Essa dissertação está preocupada com o fenômeno conhecido como superradiância, isto é, quando esse coeciente é maior que a unidade. Exploraremos vários exemplos de tais sistemas e, mais importante, veremos como, além do interesse por si só, superradiância está relacionada com um número de questões importantes de pesquisa atual. Começamos com um pequeno resumo de resultados impotantes no capítulo um. No capí- tulo dois estabeleceremos um critério geral para decidir se espalhamento superradiante é observado baseando-se nas equações diferenciais ordinárias lineares homogêneas de segunda ordem (EDO) ou sistema linear de EDO homgêneas de primeira ordem que descrevem o processo e daremos um exemplo de sistema em que superradiância é observada. No capítulo três, focaremos em superradiância em buracos negros em rotação, e mostraremos como podemos calcular explicitamente o coeciente de reexão para ondas incidentes de diferentes spins. O capítulo quatro é dedicado à relação com a termodinâmica. Desenvolveremos a chamada termodinâmica de buracos negros, particularmente às assim chamadas primeira e segunda leis da termodinâmica de buracos negros, e aplicaremo-nas no contexto da superradiância de forma a generalizar alguns dos resultados do capítulo dois a buracos negros mais genéricos. Finalmente no capítulo cinco, exploraremos muitos dos aspectos quânticos da superradiância, incluindo a relação com o paradoxo de Klein e a versão quântica da superradiância de buracos negros. Para a última, explicaremos brevemente como normalmente se quantiza campos em espaço-tempo curvo. Exploraremos uma outra conexão com termodinâmica. Ao longo de todo o texto, analisamos a conexão entre superradiância, spin e estatística. / Several physical systems can be treated as a scattering process, and, for these processes, a natural observed quantity arises: the ratio between the reected and incident intensities, known as the reection coecient. This dissertation is concerned with the phenomenon known as superradiance, that is, when this coecient is larger than unity. We shall explore many examples of such systems, and, more importantly, we shall also see how, apart from the interest in its own right, superradiance is related to a number of important current research physical issues. We begin with a small survey of important results on chapter one. On chapter two, we establish a general criteria to decide whether or not superradiant scattering is observed based on the linear, second order, homogeneous ordinary dierential equation (ODE) or linear, rst order homogeneous systems of ODEs which describes the process and we shall give an example of system in which superradiance is observed. On chapter three, we focus on spinning black hole superradiance, we shall describe how one can compute explicitly the reection coecient for dierent spin waves. Chapter four is dedicated to the relations with thermodynamics. We develop what is meant by black hole thermodynamics, particularly the so-called rst and second law of black hole thermodynamics, and apply them in the context of superradiance, so we can generalise some of the results from chapter three to more general black holes. Finally, on chapter ve, we explore many of the quantum aspects of superradiance, including the relation with the Klein paradox, and the quantum version of black hole superradiance, for the later we will explain briey how one usually quantise elds in curved space-time. A further connection with thermodynamics is explored. Thorough all this text we analyse the connection between superradiance and spin and statistics.

O trabalho propõe a aproximação da educação e da ciência com relação às artes, valorizando assim, nessas áreas, a sensibilidade e a sensorialidade, a criatividade, a dimensão de ruptura com o senso comum, a referência à beleza, à ludicidade e ao prazer. Uma investigação mais teórica dialoga constantemente com e é permeada pelo relato de uma experiência pedagógica desenvolvida no curso de licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP. Nesta experiência, desenvolvemos um aprofundamento da escuta e do diálogo, verbal e não-verbal, por meio da dinâmica de jogos teatrais, procurando, através desses jogos, tornar mais presente uma dimensão corporal e expressiva em associação com a reflexão sobre o conhecimento físico e sobre a atuação docente. Procuro tecer analogias entre as concepções de espaço e tempo físicos - com ênfase na noção de relatividade - e concepções que podem ser associadas a expressões artísticas e a trabalhos filosóficos e especulativos. A exploração do desenvolvimento histórico dessas concepções, buscando destacar a relação com distintas visões de mundo, pretende alimentar proposições de jogos e atividades pedagógicas que permitam abordar esses temas privilegiando a contextualização cultural e as repercussões no imaginário. / This work proposes a connection between education and science in relation to arts, valuing sensibility and sensory feeling, creativity, the context of bursting the common sense, and the reference to beauty, playfulness and pleasure. A more theoretical investigation constantly interacts with and is permeated by reports of a pedagogical experience developed in the degree course of Physics of the Federal Institute of Education, Science and Technology of São Paulo (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo) - IFSP. In such experience, we have strengthened the hearing and the verbal and non-verbal dialog by means of theater games, aiming at achieving through such games a corporeal and expressive approach in association with the thinking of the physical awareness and the teachers\' action. I intend to draw analogies between the concepts of space and time in physics - emphasizing on the notion of relativity - and concepts that might be associated to artistic expressions and philosophical and speculative works. Seeking to call the attention to the relation with different world-views, the exploration of the historic progress of those concepts envisions to stimulate proposals of games and pedagogic activities that enable the approach to such topics by focusing on cultural context and repercussions on the imaginary.

O objetivo principal deste trabalho é estudar a interação dos buracos negros primordiais com as principais espécies físicas exóticas de matéria e energia que foram teorizadas para explicar as observações cosmológicas da última década. A interação com diferentes formas de energia escura a partir de campos escalares, como a energia phantom, e modelos de quartessência, como o gás de Chaplygin, associada a modelos já existentes de interação com espécies físicas mais bem conhecidas, fornece resultados importantes e sugere comportamentos inesperados na trajetória dos buracos negros primordiais desde a sua formação até os dias de hoje. Nossa análise abrange os aspectos dinâmicos e termodinâmicos da acreção e evaporação de buracos negros, explorando os limites de validade da teoria e estudando o comportamento sob as condições extremas que resultam desses novos modelos de matéria e energia. Finalmente, o estudo prossegue na direção de um modelo de evolução a partir diretamente das equações de campo, em um espaço-tempo totalmente dinâmico em que buscamos paralelos com as descrições provenientes das hipóteses simplificadoras sobre que nos baseamos durante os estágios anteriores. Os resultados permitem fazermos uma descrição unificada da evolução dos buracos negros, em que as relações entre todas as componentes são transparentes e suas contribuições individuais são facilmente identificadas. Associando-os à descrição termodinâmica, é possível traçar um quadro completo e abrangente do problema, capaz de acomodar novos modelos e prover uma compreensão profunda da interação dos buracos negros com o meio cosmológico. / We study the interaction between primordial black holes and the exotic dark matter and dark energy components which have been modeled to explain cosmological observations within the last decade. The interaction with different forms of scalar field dark energy, such as phantom energy, and quartessence models as the Chaplygin gas, together with the well-known interaction with the ordinary forms of matter and energy, provides important results and suggests unexpected behaviors on primordial black holes since their formation until the present time. Our analysis encompasses dynamical and thermodynamical aspects of black hole accretion and evaporation exploring the theory validity ranges and studying its behavior under the extreme conditions which arise from these new dark fluid models. Finally, our study progresses towards an evolution model based solely on the field equations, within a fully dynamical space-time in which we seek parallel descriptions with previous models, which use simplifying hypotheses. Our results provide a unified description of black hole evolution, in which the role of all components and their relation to each other are clear and easily identifiable. Along with the thermodynamical description, it is possible to make a comprehensive picture of the problem, capable of accommodating new models and furnish a deep understanding of black hole interaction with the cosmological environment.

Développer une théorie de la diffusion dépendante du temps pour l'équation de Dirac massive en espace-temps Schwarzschil-Anti-de Sitter puis étudier la théorie des résonances pour ce système. En fonction des difficultés rencontrées, on pourra généraliser au cas de Kerr-Anti-de Sitter. On va essayer également de donner une description mathématique rigoureuse de l'effet Hawking soit dans le cadre de Schwarzschil-Anti-de Sitter, soit dans le cadre de Kerr-Anti-de Sitter / Develop a time dependent scattering theory for the massive Dirac equation on Schwarzshild-Anti-de Sitter spacetime then study resonances for this system. Depending on difficulties encountered, we could generalize this to Kerr-Anti-de Sitter. We'll try to give a precise mathematically rigorous description of the Hawking effect either in the the Schwarzschil-Anti-de Sitter or the Kerr-Anti-de Sitter setting

We study the evolution of binary black hole initial data schemes as alternatives to the standard puncture construction. These alternatives are based on post-Newtonian expansions that contain realistic gravitational waves. The first scheme is based on a second order post-Newtonian expansion in Arnowitt, Deser, and Misner transverse-traceless (ADMTT) gauge that has been re-summed to approach standard puncture data at the black holes. The other schemes are based on asymptotic matching of the 4-metrics of two tidally perturbed Schwarzschild solutions to post-Newtonian expansions at different orders. The alternatives are encouraging and lead to quasi-circular orbits and show gravitational radiation from the onset, as well as a reduction of spurious radiation. Deficiencies compared to punctures include more eccentricity during inspiral and larger constraint violations, since the alternative data sets only approximate solutions of Einstein's equations. / by George C. Reifenberger. / Thesis (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2013. / Includes bibliography. / Mode of access: World Wide Web. / System requirements: Adobe Reader.

In this dissertation the dynamics of general relativity is studied via the spin-foam approach to quantum gravity. Spin-foams are a proposal to compute a transition amplitude from a triangulated space-time manifold for the evolution of quantum 3d geometry via path integral. Any path integral formulation of a quantum theory has two important parts, the measure factor and a phase part. The correct measure factor is obtained by careful canonical analysis at the continuum level. The basic variables in the Plebanski-Holst formulation of gravity from which spin-foam is derived are a Lorentz connection and a Lorentz-algebra valued two-form, called the Plebanski two-form. However, in the final spin-foam sum, one usually sums over only spins and intertwiners, which label eigenstates of the Plebanski two-form alone. The spin-foam sum is therefore a discretized version of a Plebanski-Holst path integral in which only the Plebanski two-form appears, and in which the conne ction degrees of freedom have been integrated out. Calculating the measure factor for Plebanksi Holst formulation without the connection degrees of freedom is one of the aims of this dissertation. This analysis is at the continuum level and in order to be implemented in spin-foams one needs to properly discretize and quantize this measure factor. The correct phase is determined by semi-classical behavior. In asymptotic analysis of the Engle-Pereira-Rovelli-Livine spin-foam model, due to the inclusion of more than the usual gravitational sector, more than the usual Regge term appears in the asymptotics of the vertex amplitude. As a consequence, solutions to the classical equations of motion of GR fail to dominate in the semi-classical limit. One solution to this problem has been proposed in which one quantum mechanically imposes restriction to a single gravitational sector, yielding what has been called the “proper” spin-foam model. However, this revised model of quantum gravity, like any proposal for a theory of quantum gravity, must pass certain tests. In the regime of small curvature, one expects a given model of quantum gravity to reproduce the predictions of the linearized theory. As a consistency check we calculate the graviton two-point function predicted by the Lorentzian proper vertex and examine its semiclassical limit. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2015. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection