This thesis investigates the constancy of light speed with respect to the light age using an active fiber-based Mach-Zehnder interferometer (MZI) illuminated by sunlight. The original sunlight in one arm, which has the age of 8.3 minutes since it was emitted from the sun, interferes with the young light generated by stimulated emission from an optical amplifier in the other arm, which is coherent to the sunlight. The speed difference between the sunlight and the newly regenerated light is obtained by measuring the phase variations as the interference signal travels along a span of single-mode fiber. System error is eliminated by the self-calibration which is achieved by alternatively switching other two local amplified spontaneous emission light sources and the sunlight as the input to the MZI, and then comparing the measured phase differences of these three sources. The relative accuracy of light speed measurement is . Consider the 8.3 minutes age of the sunlight, for a possible variation of light speed of c with light age in optical fiber, we obtainĢc/c is less than 1.7 / Master of Science

Nos últimos anos, o uso e a reprodução de experiências históricas têm sido objeto de pesquisa no contexto da educação científica. Desde os antigos gregos, sempre existiram idéias controversas sobre a finitude da velocidade da luz. Ao longo do século XVII, filósofos e astrônomos como Descartes, Galileu, Cassini e Huygens estiveram envolvidos com essa questão. Em 1676, Ole Roemer previu que o eclipse da lua mais próxima de Júpiter ocorreria exatamente dez minutos depois do tempo calculado com base nos eclipses anteriores. A confirmação dessa previsão é considerada evidência irrefutável a favor da finitude da velocidade da luz. O presente trabalho apresenta um estudo histórico sobre o desenvolvimento e aceitação da hipótese de Roemer e uma seqüência didática com o objetivo de explorar o debate sobre a finitude da velocidade da luz em cursos de graduação. A seqüência didática inclui a contextualização histórica do episódio pelo estudo de fontes secundárias e a reprodução das medidas de Ole Roemer através de um software que simula o céu. Além de ensinar conteúdos básicos de Astronomia, as seqüência didática também visa discutir os aspectos da Natureza da Ciência, como a relação entre os antecedentes teóricos e os experimentos, a precisão das medidas e as influências históricas, políticas e sociais na aceitação de ideias. / Since the Ancient Greeks, there have always been controversial ideas about the finiteness of the speed of light. Along the seventeenth century, philosophers and astronomers like Descartes, Galileo, Cassini and Huygens were involved with this question. In 1676, Ole Roemer predicted that the eclipses of the innermost Jupiters moon would occur exactly ten minutes later than the time computed based on the previous eclipses. The confirmation of this prediction is considered as irrefutable evidence in favor of the finiteness of the speed of light. This work presents a historical study about the development and acceptance of Roemers hipotesis and a didactical sequence aiming to explore the debate about the finiteness of the speed of light in science teaching courses. The activities are devoted to undergraduate students of Physics and Science Teaching. The didactical sequence includes the historical contextualization of the episode by the study of secondary sources and reproduction of Ole Roemer measurements through the use of a software that simulates the sky. Besides teaching basic astronomy contents, the didactical sequence also aims to discuss Nature of Science aspects such as relation between theoretical background and experiments, precision of measurements and the historical, political and social influences on the acceptance of scientific ideas.

Nos últimos anos, o uso e a reprodução de experiências históricas têm sido objeto de pesquisa no contexto da educação científica. Desde os antigos gregos, sempre existiram idéias controversas sobre a finitude da velocidade da luz. Ao longo do século XVII, filósofos e astrônomos como Descartes, Galileu, Cassini e Huygens estiveram envolvidos com essa questão. Em 1676, Ole Roemer previu que o eclipse da lua mais próxima de Júpiter ocorreria exatamente dez minutos depois do tempo calculado com base nos eclipses anteriores. A confirmação dessa previsão é considerada evidência irrefutável a favor da finitude da velocidade da luz. O presente trabalho apresenta um estudo histórico sobre o desenvolvimento e aceitação da hipótese de Roemer e uma seqüência didática com o objetivo de explorar o debate sobre a finitude da velocidade da luz em cursos de graduação. A seqüência didática inclui a contextualização histórica do episódio pelo estudo de fontes secundárias e a reprodução das medidas de Ole Roemer através de um software que simula o céu. Além de ensinar conteúdos básicos de Astronomia, as seqüência didática também visa discutir os aspectos da Natureza da Ciência, como a relação entre os antecedentes teóricos e os experimentos, a precisão das medidas e as influências históricas, políticas e sociais na aceitação de ideias. / Since the Ancient Greeks, there have always been controversial ideas about the finiteness of the speed of light. Along the seventeenth century, philosophers and astronomers like Descartes, Galileo, Cassini and Huygens were involved with this question. In 1676, Ole Roemer predicted that the eclipses of the innermost Jupiters moon would occur exactly ten minutes later than the time computed based on the previous eclipses. The confirmation of this prediction is considered as irrefutable evidence in favor of the finiteness of the speed of light. This work presents a historical study about the development and acceptance of Roemers hipotesis and a didactical sequence aiming to explore the debate about the finiteness of the speed of light in science teaching courses. The activities are devoted to undergraduate students of Physics and Science Teaching. The didactical sequence includes the historical contextualization of the episode by the study of secondary sources and reproduction of Ole Roemer measurements through the use of a software that simulates the sky. Besides teaching basic astronomy contents, the didactical sequence also aims to discuss Nature of Science aspects such as relation between theoretical background and experiments, precision of measurements and the historical, political and social influences on the acceptance of scientific ideas.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CalistroSCN.pdf: 698756 bytes, checksum: 2ee4fe2f9e66e82eba6613dc8d66afde (MD5) Previous issue date: 2006-07-07 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work we obtain the cosmological solutions and investigate the thermodynamics of matter creation in two diferent contexts. In the first we propose a cosmological model with a time varying speed of light c. We consider two diferent time dependence of c for a at Friedmann-Robertson- Walker (FRW) universe. We write the energy conservation law arising from Einstein equations and study how particles are created as c decreases with cosmic epoch. The variation of c is coupled to a cosmological Λ term and both singular and non-singular solutions are possible. We calculate the "adiabatic" particle creation rate and the total number of particles as a function of time and find the constrains imposed by the second law of thermodynamics upon the models. In the second scenario, we study the nonlinearity of the electrodynamics as a source of matter creation in the cosmological models with at FRW geometry. We write the energy conservation law arising from Einstein field equations with cosmological term Λ, solve the field equations and study how particles are created as the magnetic field B changes with cosmic epoch. We obtain solutions for the adiabatic particle creation rate, the total number of particles and the scale factor as a function of time in three cases: Λ = 0, Λ = constant and Λ α H2 (cosmological term proportional to the Hubble parameter). In all cases, the second law of thermodynamics demands that the universe is not contracting (H ≥ 0). The first two solutions are non-singular and exhibit in ationary periods. The third case studied allows an always in ationary universe for a suficiently large cosmological term / Neste trabalho, n?s obtemos as solu??es cosmol?gicas e investigamos a termodin?mica da cria??o de mat?ria em dois contextos diferentes. No primeiro, n?s propomos um modelo cosmol?gico com a velocidade da luz c variando com o tempo. N?s consideramos duas depend?ncias temporais diferentes para c em um universo plano de Friedmann-Robertson-Walker (FRW). N?s escrevemos a lei da conserva??o da energia que surge das equa??es de Einstein e estudamos como as part?culas s?o criadas quando c decresce com o tempo c?smico. A varia??o de c ? acoplada a um termo cosmol?gico Λ e solu??es singulares e n?o-singulares s?o poss?veis. N?s calculamos a taxa de cria?o adiab?tica de part?culas e o n?mero total de partculas como fun??o do tempo e encontramos os v?nculos impostos pela segunda lei da termodin?mica sobre esses modelos. No segundo cen?rio, n?s estudamos a n?o-linearidade da eletrodin?mica como uma fonte de cria??o de mat?ria em modelos cosmol?gicos com geometria de FRW. N?s escrevemos a lei de conserva??o da energia obtida a partir das equa??es de Einstein com termo cosmol?gico A, resolvemos as equa??es de campo e estudamos como as part?culas s?o criadas quando o campo magn?tico B muda com a ?poca c?smica. N?s obtemos solu??es para a taxa de cria??o adiab?tica de part?culas, o n?mero total de part?culas e o fator de escala como uma fun??o do tempo em tr?s casos: Λ = 0, Λ = constante e Λ / H2 (termo cosmol?gico proporcional ao par?metro de Hubble). Em todos os casos, a segunda lei da termodin?mica imp?e que o universo n?o est? em contra??o (H ≥ 0). As primeiras duas solu??es s?o n?o-singulares e exibem per?odos in acion?rios. O terceiro caso permite universos sempre in acion?rios para um termo cosmol?gico suficientemente grande

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we propose an interdisciplinary modular teaching sequence on the measurement of the speed of light which is compatible with the traditional basic education’s sillabus. Based on the Römer method to measure the time difference between the occultation of Jupiter's moons in different orbital configurations with respect to the Earth, we developed educational activities that include: (a) observations of Jupiter's moons occultations through amateur telescopes; (b) data analysis using professional Astronomy softwares; (c) simulations using the software Stellarium and (d) the use of spreadsheets for the calculations involved to explore the physics contents. The modules can be applied independently and they are associated to educational products like didactic sequences, tutorials, video tutorials and info-animation in PowerPoint to support the lectures. We add three extra classes to the usual curriculum, which however can be easily adapted to the usual lecture. For these classes we prepared two info-animations employing the Peer Instruction and Just-in-time teaching methods besides practical activities centered on the students, following the Meaningful Learning approaches. With these resources we explore kinematics concepts (linear and circular movements), systems of reference, vectors and scientific epistemology. By mean of a pre and post-tests using questions from the High School National Exams (ENEM) involving the topics of Physics and Astronomy proposed in this work, we verified a considerable progress in the pattern of responses before and after our intervention to more than 90% of the addressed questions. Based on publicly available data by the National Institute for Studies and Educational Research (INEP) we identify a significantly higher yield of right answers of our students when compared with the average responses of all students from Sergipe who participated of the National Exams. Methodological corrections to this work based on the problems identified during the application of our products are proposed. / Neste trabalho propomos uma sequência didática modular, de caráter interdisciplinar e compatível com o currículo do ensino básico, sobre a medida da velocidade da luz. Inspirados no método de Römer para medir a diferença de tempo entre as ocultações das luas de Júpiter em configurações orbitais distintas com relação à Terra, elaboramos atividades que contemplam: (a) observações das ocultações das luas de Júpiter por meio de telescópios amadores; (b) análise de dados por meio de softwares profissionais da Astronomia; (c) simulações das observações utilizando o software Stellarium e (d) o uso de planilhas tanto para os cálculos quanto para explorar a física envolvida. Os módulos podem ser aplicados de forma independente e têm como produtos, além da sequência didática, tutoriais, vídeo-tutoriais e info-animações em PowerPoint para apoio às aulas teóricas. Utilizando três aulas complementares à grade tradicional, mas que podem ser facilmente adaptadas à grade de aulas normais, elaboramos duas info-animações em que, empregando a técnica de Instrução pelos Colegas – IpC, Ensino sob Medida - EsM e atividades práticas centradas no aluno, com base nas abordagens da Aprendizagem Significativa, exploramos os conceitos de cinemática (retilínea e circular), sistemas de referência, vetores e epistemologia científica. Por meio das asserções de um pré-teste e um pós-teste, utilizando questões do ENEM envolvendo os tópicos de Física e Astronomia, pudemos constatar uma evolução considerável no padrão de respostas antes e depois de nossa intervenção para mais de 90% das questões abordadas, com um rendimento significativamente superior à média das respostas apresentadas por todos os alunos de Sergipe participantes do ENEM, com base nos dados publicamente disponíveis pelo INEP. Correções metodológicas com base nos acerto e erros aferidos também são exploradas.