Orientadores: Patrício Aníbal Letelier Sotomayor, Marcus Aloízio Martinez de Aguiar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:28:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_RafaelSoares_M.pdf: 2173613 bytes, checksum: 878c544ecf4ce79eb9b5b0be033ad255 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação analisamos bilhares usando a teoria da relatividade especial, tanto classicamente quanto quanticamente. Inicialmente revisamos a teoria de bilhares clássicos, com ênfase em como se dá sua evolução no tempo. Então estudamos a existência (ou não) de aceleração de Fermi em bilhares forçados: bilhares onde a parede se move e, quando a partícula colide, ela pode ganhar ou perder energia. Estudamos alguns exemplos de bilhares, regulares e caóticos, na dinâmica relativística procurando quais condições são necessárias para que exista aceleração de Fermi relativística Concentramos-nos então no estudo de bilhares quânticos. Após uma revisão dos conceitos básicos, estudamos o método da integral de contorno para o cálculo do espectro do bilhar e analisamos suas propriedades estatísticas, tanto para o caso não relativístico (a equação de Schroedinger) quanto para o caso relativístico, o bilhar de Dirac, introduzido por Berry e Mondragon / Abstract: In this dissertation we analyze billiards using the theory of special relativity, both in the classical and quantum versions. First we review classical billiards, with emphasis in its time evolution. Then we study the existence (or lack of) Fermi acceleration in driven billiards, billiards where the walls are moving and, when the particle collides, it can gain or lose energy. We studied some examples, regular and chaotic ones, in the relativistic dynamics, and analyzed the necessary conditions for the existence of relativistic Fermi acceleration. We focus then on quantum billiards. After a brief review of basic concepts, we study the boundary integral method for numerical evaluation of the billiard spectra and analyze its statistical properties, for the non-relativistic case (the Schroedinger equation) and the relativistic, the Dirac billiards introduced by Berry and Mondragon / Mestrado / Física Geral / Mestre em Física

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T20:14:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_RafaelMonteiro_M.pdf: 6930880 bytes, checksum: bc2d3294a7be01c0e28037221d2d4b4d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física das Particulas Elementares e Campos / Mestre em Física

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:06:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vogt_Daniel_D.pdf: 2048895 bytes, checksum: d7173036404048baab332998c8c336cc (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Soluções exatas das equações do campo de Einstein que representam espaços-tempo com distribuições de matéria em forma de discos são construídas pelo método inverso (método das imagens). Estas soluções incluem discos estáticos ínos de fluido perfeito com e sem halos, discos estáticos finos de fluido perfeito com carga elétrica e modelos de discos finos formados por poeira carregada. São estudadas ainda novas soluções em vários sistemas de coordenadas que representam discos estáticos grossos com espessura constante. Uma forma particular para a métrica isotrópica em coordenadas cilíndricas é usada para obter-se versões relativísticas de pares potencial-densidade Newtonianos comumente usados na Astronomia Galáctica. Um modelo relativístico simplificado, porém exato, de um núcleo ativo de galáxia também é apresentado. Finalmente, é feito um estudo de alguns pares-potencial densidade Newtonianos obtidos a partir da expansão multipolar do potencial Newtoniano que generalizam pares conhecidos / Abstract: Exact solutions of Einstein field equations that represent space-times with disklike matter distributions are constructed using the inverse method (image method). These solutions include static thin perfect uid disks with and without halos, static thin charged perfect uid disks and models of thin charged dust disks. New solutions in various coordinate systems that represent static thick disks with constant thickness are also studied. A particular form of the isotropic metric in cylindrical coordinates is employed to obtain relativistic versions of Newtonian potential-density pairs commonly used in Galactic Astronomy. A simplified, although exact, relativistic model of an active galactic nuclei is also presented. Finally, some Newtonian potential-density pairs obtained from the Newtonian multipolar expansion that generalize known pairs are studied. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Samuel Rocha de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T09:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_RaphaeldeOliveira_M.pdf: 2899892 bytes, checksum: 6befb1d82e7b4effd083097342934f7d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta dissertação trata de um problema de colapso gravitacional do campo escalar sem massa com simetria esférica, de acordo com as equações de Einstein com acoplamento mínimo. Desenvolvemos algoritmos simples mas com ajuste automático de refinamento para obter soluções numéricas. O refinamento é necessário para descrever os fenômenos do colapso. Utilizamos rotinas comuns para resolver equações diferenciais ordinárias advindas do método das linhas aplicado às equações diferenciais parciais do modelo matemático, a saber, rotinas de Runge-Kutta e de splines cúbicas. Mostramos que é possível obter soluções tão próximas quanto se queria à solução de Buracos Negros e da solução crítica com os algoritmos desenvolvidos e simples computadores de mesa. / Abstract: This dissertation is about a problem of gravitational collapse of the spherically symmetric massless scalar field in accord to the Einstein equations with minimal coupling. We developed simple but with adaptative mesh refinement algorithm to obtain numerical solutions. The mesh refinement is required to describe the collapse phenomena. We used common routines to solve ordinary differential equations that come from the method of lines applied to the partial differential equations of the mathematical model, namely, Runge-Kutta and cubic splines routines. We showed that it is possible to get solutions as close as we want to the Black Holes solution and to the critical solution using our developed algorithms and simple desktop computers / Mestrado / Fisica-Matematica / Mestre em Matemática Aplicada

Orientadores: Patricio Anibal Letellier Sotomayor e Kyoko Furuya / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T10:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarceloZimbres_M.pdf: 810192 bytes, checksum: 16b4f94ccf4183c0371eac2b660a72f3 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Para estudar de forma completa a precessão de um giroscópio em órbita, revisamos a dedução das equações de Papapetrou, em particular, para mostrar que em uma aproximação de partícula teste essas equações implicam o transporte de Fermi-Walker do spin. Para estudar as correções devidas a oblaticidade de um corpo central na precessão do spin, fizemos uma revisão da teoria dos multipolos relativísticos focados nas definições de Geroch-Hansen e de Thorne. Usamos todos esses conceitos para estimar as correções multipolares na precessão de Lense-Thirring, em especial, encontramos uma fórmula exata para a precessão em termos de dois escalares, as partes real e imaginária do potencial de Ernst. Em uma aproximação linear para o campo gravitacional, escrevemos nossa fórmula em termos dos multipolos de Thorne. Para estimar essas correções usamos alguns modelos conhecidos para a métrica do planeta Terra e comparamos nossos resultados com outros trabalhos / Abstract: To study the precession of an orbiting gyroscope we review the theory of the Papapetrou equations and show that they imply the Fermi-Walker transport law. We review also the theory of relativistic multipole moments, specifically the definitions of Geroch-Hansen and Thorne, to describe non-spherical bodies in general relativity. For stationary axially symmetric spacetimes we find a simple expression for the Lense-Thirring precession in terms of the Ernst potential. This expression is used to compute, in the weak field approximation, the major non-spherical contributions to the precession of a gyroscope orbiting the Earth. We use some known models for the earth metric to estimate the contributions and compare our results with some previously known ones / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-11-07T11:02:51Z No. of bitstreams: 1 morgammajustenbaptista.pdf: 4073984 bytes, checksum: 6c4678d69114fc8e747aa9d6caaf78b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-11-09T14:36:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 morgammajustenbaptista.pdf: 4073984 bytes, checksum: 6c4678d69114fc8e747aa9d6caaf78b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-09T14:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 morgammajustenbaptista.pdf: 4073984 bytes, checksum: 6c4678d69114fc8e747aa9d6caaf78b1 (MD5) Previous issue date: 2017-08-07 / O presente trabalho traz como temática o estudo do tempo, uma importante grandeza física, cujo significado, familiar a todos, pode adquirir um caráter peculiar no contexto da ciência moderna. Historicamente, as civilizações encontraram na medida precisa do tempo uma ponte para o desenvolvimento, e seus primeiros estudos em Astronomia eram destinados a esse propósito. Por essa razão, desenvolve-se, na primeira parte do trabalho, o significado do tempo sob o enfoque do movimento dos astros, associando-o aos ciclos astronômicos em suas contagens, de curto e longo prazo. O produto pedagógico aqui desenvolvido se organiza em forma de uma unidade de ensino potencialmente significativa, uma sequência didática que intenta auxiliar o professor que deseja apresentar assuntos de astronomia e/ou relatividade aos seus alunos. Trata-se de uma sequência didática que pode ser trabalhada em duas partes, abordando essas duas áreas da física, e que conta com atividades práticas e teóricas para serem aplicadas. A primeira parte intenta construir um modelo simplificado de Universo utilizando conceitos de Astronomia, mas mantendo como temática central a medida do tempo. A segunda parte do trabalho traz à tona a problemática da invariância na velocidade da luz, elucidando o conceito relativo que a simultaneidade adquire segundo a teoria da relatividade. No tecido espaço-tempo, o ritmo do tempo não mais obedece a uma única batida, mas irá fluir de acordo com a curvatura desse espaço. Com base no tema, o produto educacional foi desenvolvido e aplicado em sala de aula, a fim testar sua potencialidade significativa. Os resultados dessa aplicação estão expostos neste trabalho. O objetivo deste material pedagógico é auxiliar o trabalho do professor que deseje levar tais assuntos para a sala de aula. / The present work brings as a theme the study of time, an important physical quantity, whose meaning, familiar to all, can turn very peculiar in the context of modern science. Historically, civilizations have found a bridge to development in the precise measure of time, and their early studies in astronomy were intended for this purpose. For this reason, in the first part of this text, the meaning of time is developed under the focus of the movement of the celestial bodies, associating it with the astronomical cycles in their short and long term counts. We have developed here a pedagogical product wich is organized in as a didactic sequence. That sequence attempts to assist teachers who wish to present astronomy and / or relativity issues to his students. The sequence can be worked, then, in two parts, and both areas of physics has practical and theoretical activities to be applied. The first part tries to construct a simplified model of universe using concepts of astronomy, but maintaining as central theme the measurement of the time. The second part of the work brings to light the problem of invariance in the speed of light, elucidating the relative concept that simultaneity acquires according to the theory of relativity. In the space-time, the rhythm of time no longer obeys a single beat, but will flow according to the curvature of that space. Based on the theme, the educational product we developed was applied in the classroom in order to test its significant potentiality. The results of this application are exposed in this work. The purpose of this teaching material is to assist the work of the teacher who wishes to bring such subjects into the classroom.

Neste trabalho faremos uma investigação no campo das perturbações gravitacionais e propagação de ondas em geometrias de buracos negros com campos elétricos ou magnéticos. Usando uma geometria tipo Ernst-Melvin de um buraco negro massivo em um Universo com campo magnético no eixo z, calculamos os modos quasi-normais de propagação de um campo escalar, demonstrando que este se comporta como um campo escalar com massa 2|m|B em uma geometria de Schwarzschild, para pequenos valores do campo magnético B (correspondendo m ao número azimutal do esférico harmônico). Ainda com esta geometria, calculamos a contribuição de ondas escalares para a entropia do buraco negro em termos dos cut offs ultravioleta e infravermelho. Com uma solução do tipo Reissner-Nordström em 4 dimensões, investigamos as possíveis correspondências entre os modos quasinormais e as propriedades termodinâmicas deste buraco negro, atestando o resultado de que a conjectura Hod modificada por Maggiore é válida em tal solução. Também, com uma geometria de Reissner-Nordström-de Sitter D-dimensional, obtivemos os modos quasi-normais de vibração para dois potenciais diferentes, estabelecendo a ausência de modos instáveis para uma grande gama de parâmetros deste buraco negro. / In this work we make an incursion into the branch of gravitational perturbations and field propagation around known-geometries of black holes with electromagnetic fields. Using an Ernst-Melvin type of geometry in a massive black hole immersed on a magnetic Universe, we calculate the quasi-normal modes of the propagating field, showing the equivalence of this problem with that of a massive scalar field (for which the mass is 2|m|B, m being the azhimutal number, and B the magnetic field) propagating around a Schwarzschild geometry. We also compute the contribution of the scalar field to the entropy of the black hole in terms of the infrared and ultraviolet cut offs. Using a Reissner-Nordstr¨om-like solution in 4 dimensions, we investigate the possible correspondence between quasi-normal modes and the thermodynamical properties of this black hole, atesting the validity of the modified Hod conjecture as proposed by Maggiore. Finally, for a Reissner-Nordstr¨om-de Sitter D-dimensional solution, we obtain the quasi-normal modes for two diferent potentials, establishing the absence of unstable modes for a large range of values for the black hole parameters.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Investigamos inicialmente o problema da obtenção de uma gravitação newtoniana modificada no caso da teoria da Relatividade Geral. Na sequência, encontramos uma solução geral com simetria esférica para um campo gravitacional fraco no contexto da Teoria de Brans-Dicke. Esta solução é independente de qualquer condição de coordenada. Então, para uma escolha conveniente da função f(r) na métrica de Brans-Dicke, exibimos uma fórmula modificada para a gravitação newtoniana, a qual pode descrever a gravidade em uma escala de comprimento pequena. Discutimos os resultados em comparação com o caso da Relatividade Geral / We investigate initially the problem of obtaining a modified newtonian gravitation in the case of General Relativity theory. Following, we find a general solution with spherical symmetry for a weak gravitational field in the context of Brans-Dicke theory. This solution is independent of any coordinate condition. Then, for a convenient choice of the function f(r) in Brans-Dicke metric, we exhibit a modified formula to newtonian gravity, which can describe gravity in a small length scale. We discuss the results in comparison with the case of General Relativity

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.

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.