Este trabalho é a narrativa de uma experiência didática de aplicação de um módulo que abordou um tópico de Física Moderna e Contemporânea, a Teoria da Relatividade Restrita, no Ensino Médio. A proposta foi aplicada em uma escola particular situada no município de Arroio do Meio, RS, em uma turma de terceira série do nível médio regular, sob o referencial teórico da teoria cognitiva de Jean William Fritz Piaget (1896-1980) e sob o referencial epistemológico de Thomas Samuel Kuhn (1922-1996). Descreve-se o planejamento das aulas, a implementação da proposta e os resultados obtidos com sua aplicação em sala de aula na modalidade de um curso extraclasse. A forma como o módulo foi pensado e o nível de profundidade que foi possível alcançar aparecem ao longo do texto, que também oferece uma revisão da literatura em que a relevância da inclusão da Física Moderna e Contemporânea no currículo do Ensino Médio é discutida. Os resultados indicam que é possível trabalhar tópicos de Física Moderna e Contemporânea no ensino regular, que os alunos apreciaram e mostraram disposição para aprender assuntos atuais e que o esforço para introduzir pequenas atualizações curriculares é válido e precisa ser incentivado como uma das possíveis alternativas para se alcançar a melhoria de qualidade de ensino na Educação Básica. Ao final, um produto educacional em formato de texto de apoio, orientação e motivação aos professores de Física é apresentado. / This work is the narrative of a didactic experience of application of a module that addressed a topic of Modern and Contemporary Physics, the Special Theory of Relativity, in High School. The proposal was applied in a private school located in the county of Arroio do Meio, RS, for one group of third grade of regular secondary level, under the theoretical framework of cognitive theory of Jean William Fritz Piaget (1896-1980) and under the epistemological framework of Thomas Samuel Kuhn (1922-1996). It describes the planning of classes, the implementation of the proposal and the results obtained from its application in the classroom in the form of an extracurricular course. The way the module has been designed and the level of depth that was achieved is discussed throughout the text, which also provide a review of the literature in which importance of inclusion of Modern and Contemporary Physics in High School curriculum is discussed. The results indicate that it is possible teach subjects of Modern and Contemporary Physics in regular education. The results also indicated that students enjoyed and showed willingness to learn current issues and the effort to introduce small curriculum updates is valid and needs to be encouraged as one of the possible alternatives to achieve the improvement of teaching quality in basic education. At the end, an educational product in form of text, guidance and motivation to physics teachers is presented.

Este trabalho é a narrativa de uma experiência didática de aplicação de um módulo que abordou um tópico de Física Moderna e Contemporânea, a Teoria da Relatividade Restrita, no Ensino Médio. A proposta foi aplicada em uma escola particular situada no município de Arroio do Meio, RS, em uma turma de terceira série do nível médio regular, sob o referencial teórico da teoria cognitiva de Jean William Fritz Piaget (1896-1980) e sob o referencial epistemológico de Thomas Samuel Kuhn (1922-1996). Descreve-se o planejamento das aulas, a implementação da proposta e os resultados obtidos com sua aplicação em sala de aula na modalidade de um curso extraclasse. A forma como o módulo foi pensado e o nível de profundidade que foi possível alcançar aparecem ao longo do texto, que também oferece uma revisão da literatura em que a relevância da inclusão da Física Moderna e Contemporânea no currículo do Ensino Médio é discutida. Os resultados indicam que é possível trabalhar tópicos de Física Moderna e Contemporânea no ensino regular, que os alunos apreciaram e mostraram disposição para aprender assuntos atuais e que o esforço para introduzir pequenas atualizações curriculares é válido e precisa ser incentivado como uma das possíveis alternativas para se alcançar a melhoria de qualidade de ensino na Educação Básica. Ao final, um produto educacional em formato de texto de apoio, orientação e motivação aos professores de Física é apresentado. / This work is the narrative of a didactic experience of application of a module that addressed a topic of Modern and Contemporary Physics, the Special Theory of Relativity, in High School. The proposal was applied in a private school located in the county of Arroio do Meio, RS, for one group of third grade of regular secondary level, under the theoretical framework of cognitive theory of Jean William Fritz Piaget (1896-1980) and under the epistemological framework of Thomas Samuel Kuhn (1922-1996). It describes the planning of classes, the implementation of the proposal and the results obtained from its application in the classroom in the form of an extracurricular course. The way the module has been designed and the level of depth that was achieved is discussed throughout the text, which also provide a review of the literature in which importance of inclusion of Modern and Contemporary Physics in High School curriculum is discussed. The results indicate that it is possible teach subjects of Modern and Contemporary Physics in regular education. The results also indicated that students enjoyed and showed willingness to learn current issues and the effort to introduce small curriculum updates is valid and needs to be encouraged as one of the possible alternatives to achieve the improvement of teaching quality in basic education. At the end, an educational product in form of text, guidance and motivation to physics teachers is presented.

This thesis presents an introduction to the three main fields that study time: physics, philosophy, and logics. A brief introduction to general relativity, thermodynamics and quantum physics is made. Also some of the basic ideas from the philosophy of time are explained and dualities connected to time are described, e.g. eternalism vs. presentism, determinism vs. indeterminism and the reality or unreality of time. As there is a huge number of temporal logics, only the main ideas that differentiate these logics from others are pointed out and some typical proofs are then shown. Special attention is then given to the relation between logics and physics, how the first can be used in the latter. Thereafter, Branching space-times and Branching continuation models are presented, which proved to be useful within quantum physics. Next, some basic terminology connected to general relativity and the A, P and T topologies are introduced . These are used together with the given models to investigate a possible combination.

Dentro da área Ensino de Ciências identificamos diversos trabalhos que defendem a utilização de obras literárias no contexto de ensino-aprendizagem. Nesta pesquisa pretendemos contribuir com o diálogo entre a literatura e o ensino de ciências, utilizando referenciais da linguística e da linguagem na análise de três romances de ficção, escritos por físicos: -Sonhos de Einstein? de Alan Lightman (1992); -Tau Zero? de Poul Anderson (1970) e -O Tempo e o Espaço do Tio Albert? (1989) de Russel Stannard. O elemento motivador de nosso trabalho surge a partir das possibilidades da inserção da Física Moderna no ensino de física, assim como a possibilidade da interface entre Física e Literatura em sala de aula. Entretanto, como veremos adiante, o diálogo entre a física do início do século XX e as obras literárias é presente na obra de diversos autores, portanto havia a necessidade de um recorte temático que possibilitasse um recurso educacional para o ensino de física moderna. Dessa forma, a Teoria da Relatividade configura-se como uma teoria da física moderna que permite essa pesquisa por conta: do entendimento da TER como um fenômeno cultural; do diálogo histórico entre a Teoria da Relatividade e a Literatura; da necessidade de novos recursos para o ensino de TER e da exploração da TER para além dos conceitos. Os romances mencionados são caracterizados por tratar dos fenômenos inerentes à TER tanto em nível conceitual, quanto epistemológico. Portanto sua utilização no ensino de Física possibilita a discussão das esferas conceituais, sócio-histórica e filosófico-epistemológica em sala de aula. Para a análise da instância da produção e do discurso externo às obras, utilizaremos a análise de discurso derivada dos trabalhos de Mikhail Bakhtin, quanto à estrutura interna do texto, utilizamos a semiótica estruturalista de A.J. Greimas. A utilização da semiótica e da análise do discurso para analisar um romance a ser levado em sala de aula, possibilita identificar elementos textuais que auxiliem na construção dos conceitos junto aos estudantes. As diferentes percepções dos personagens se relacionam com as próprias ansiedades que a sociedade verifica na ciência, que dependendo da forma como é divulgada possui conotações eufóricas ou disfóricas. Além disso, a instância da produção do texto, que identifica o seu público-alvo e o discurso ideológico, possibilita a reflexão por questões sócio-históricas inerentes à ciência e ao papel do cientista. Quanto ao ensino de TER, tal análise, propicia uma reflexão sobre a abordagem dos conceitos e fenômenos relativísticos, norteando as novas visões sobre espaço e tempo que a teoria propõe. / It is possible to identify in Sciences Education several studies that advocate the use of literary works in the context of teaching and learning. In this research, we intend to contribute to the dialogue between literature and science teaching, using references from linguistics and language in the analysis of three fictional novels, written by physicists: \"Einstein\'s Dreams\" by Alan Lightman (1992); \"Tau Zero\" Poul Anderson (1970) and \"Time and Space of Uncle Albert\" (1989) by Russell Stannard. Our work motivation comes from the possibility of integration of modern physics in physics education, as well as the possibility of the interface between physics and literature in the classroom. However, as we shall see, the dialogue between the physics of the early twentieth century literary works and literature is present in the work of many authors, so there was need for a thematic focus that would enable an educational resource for teaching modern physics. Thus the special theory of relativity is configured as a theory of modern physics that enables this research because of: the understanding of the STR as a cultural phenomenon, the historical dialogue between the Theory of Relativity and Literature, the need for new resources for teaching STR and explored this theory beyond the concepts. The novels mentioned are characterized by treating the phenomena inherent in STR at both the conceptual and epistemological. Therefore its use in the teaching of physics allows the discussion of conceptual spheres, socio-historical and philosophical-epistemological classroom. For the analysis of the fictional text, we use benchmarks for Discursive Studies. For instance the analysis of speech production and external to the works, we use discourse analysis derived from the works of Mikhail Bakhtin, the internal structure of the text, use structuralist semiotics of AJ Greimas. The use of semiotics and discourse analysis to analyze a novel to be brought into the classroom enabling to identify textual elements, what helps in constructing the concepts together with students. As different perceptions of the characters relate to their own anxieties that society finds in science, depending on how it is disclosed has connotations euphoric or dysphoric. Furthermore, the instance of text production, identifying your target audience, as well as the ideological discourse, allows the reflection of socio-historical issues related to science and the scientific role. As for teaching STR, this analysis provides a reflection on the approach to relativistic concepts and relativistic phenomena, guiding the new views on space and time that the theory proposes.

Dentro da área Ensino de Ciências identificamos diversos trabalhos que defendem a utilização de obras literárias no contexto de ensino-aprendizagem. Nesta pesquisa pretendemos contribuir com o diálogo entre a literatura e o ensino de ciências, utilizando referenciais da linguística e da linguagem na análise de três romances de ficção, escritos por físicos: -Sonhos de Einstein? de Alan Lightman (1992); -Tau Zero? de Poul Anderson (1970) e -O Tempo e o Espaço do Tio Albert? (1989) de Russel Stannard. O elemento motivador de nosso trabalho surge a partir das possibilidades da inserção da Física Moderna no ensino de física, assim como a possibilidade da interface entre Física e Literatura em sala de aula. Entretanto, como veremos adiante, o diálogo entre a física do início do século XX e as obras literárias é presente na obra de diversos autores, portanto havia a necessidade de um recorte temático que possibilitasse um recurso educacional para o ensino de física moderna. Dessa forma, a Teoria da Relatividade configura-se como uma teoria da física moderna que permite essa pesquisa por conta: do entendimento da TER como um fenômeno cultural; do diálogo histórico entre a Teoria da Relatividade e a Literatura; da necessidade de novos recursos para o ensino de TER e da exploração da TER para além dos conceitos. Os romances mencionados são caracterizados por tratar dos fenômenos inerentes à TER tanto em nível conceitual, quanto epistemológico. Portanto sua utilização no ensino de Física possibilita a discussão das esferas conceituais, sócio-histórica e filosófico-epistemológica em sala de aula. Para a análise da instância da produção e do discurso externo às obras, utilizaremos a análise de discurso derivada dos trabalhos de Mikhail Bakhtin, quanto à estrutura interna do texto, utilizamos a semiótica estruturalista de A.J. Greimas. A utilização da semiótica e da análise do discurso para analisar um romance a ser levado em sala de aula, possibilita identificar elementos textuais que auxiliem na construção dos conceitos junto aos estudantes. As diferentes percepções dos personagens se relacionam com as próprias ansiedades que a sociedade verifica na ciência, que dependendo da forma como é divulgada possui conotações eufóricas ou disfóricas. Além disso, a instância da produção do texto, que identifica o seu público-alvo e o discurso ideológico, possibilita a reflexão por questões sócio-históricas inerentes à ciência e ao papel do cientista. Quanto ao ensino de TER, tal análise, propicia uma reflexão sobre a abordagem dos conceitos e fenômenos relativísticos, norteando as novas visões sobre espaço e tempo que a teoria propõe. / It is possible to identify in Sciences Education several studies that advocate the use of literary works in the context of teaching and learning. In this research, we intend to contribute to the dialogue between literature and science teaching, using references from linguistics and language in the analysis of three fictional novels, written by physicists: \"Einstein\'s Dreams\" by Alan Lightman (1992); \"Tau Zero\" Poul Anderson (1970) and \"Time and Space of Uncle Albert\" (1989) by Russell Stannard. Our work motivation comes from the possibility of integration of modern physics in physics education, as well as the possibility of the interface between physics and literature in the classroom. However, as we shall see, the dialogue between the physics of the early twentieth century literary works and literature is present in the work of many authors, so there was need for a thematic focus that would enable an educational resource for teaching modern physics. Thus the special theory of relativity is configured as a theory of modern physics that enables this research because of: the understanding of the STR as a cultural phenomenon, the historical dialogue between the Theory of Relativity and Literature, the need for new resources for teaching STR and explored this theory beyond the concepts. The novels mentioned are characterized by treating the phenomena inherent in STR at both the conceptual and epistemological. Therefore its use in the teaching of physics allows the discussion of conceptual spheres, socio-historical and philosophical-epistemological classroom. For the analysis of the fictional text, we use benchmarks for Discursive Studies. For instance the analysis of speech production and external to the works, we use discourse analysis derived from the works of Mikhail Bakhtin, the internal structure of the text, use structuralist semiotics of AJ Greimas. The use of semiotics and discourse analysis to analyze a novel to be brought into the classroom enabling to identify textual elements, what helps in constructing the concepts together with students. As different perceptions of the characters relate to their own anxieties that society finds in science, depending on how it is disclosed has connotations euphoric or dysphoric. Furthermore, the instance of text production, identifying your target audience, as well as the ideological discourse, allows the reflection of socio-historical issues related to science and the scientific role. As for teaching STR, this analysis provides a reflection on the approach to relativistic concepts and relativistic phenomena, guiding the new views on space and time that the theory proposes.

In this thesis we investigate the superenergy tensor that was introduced by Chevreton in 1964 as an electromagnetic counterpart to the Bel-Robinson tensor for the gravitational feld. We show that in Einstein-Maxwell spacetimes with a source-free electromagnetic feld, the Chevreton superenergy tensor has many interesting properties. It is a completely symmetric rank-4 tensor and it gives rise to conserved currents for orthogonally transitive 1- and 2-parameter isometry groups. The trace of this tensor is divergence-free and it is related to the Bach tensor. We investigate the implications for when the trace vanishes and we are able to determine the full set of such spacetimes. We use this to treat the problem of Einstein{-Maxwell spacetimes that are conformally related to Einstein spaces and we find new exact solutions with this property.

In this thesis we aim to develop new perspectives on the statistical mechanics of black holes using an information geometric approach (Ruppeiner and Weinhold geometry). The Ruppeiner metric is defined as a Hessian matrix on a Gibbs surface, and provides a geometric description of thermodynamic systems in equilibrium. This Ruppeiner geometry exhibits physically suggestive features; a flat Ruppeiner metric for systems with no interactions i.e. the ideal gas, and curvature singularities signaling critical behavior(s) of the system. We construct a flatness theorem based on the scaling property of the black holes, which proves to be useful in many cases. Another thermodynamic geometry known as the Weinhold geometry is defined as the Hessian of internal energy and is conformally related to the Ruppeiner metric with the system’s temperature as a conformal factor.  We investigate a number of black hole families in various gravity theories. Our findings are briefly summarized as follows: the Reissner-Nordström type, the Einstein-Maxwell-dilaton andBTZ black holes have flat Ruppeiner metrics that can be represented by a unique state space diagram. We conjecture that the state space diagram encodes extremality properties of the black hole solution. The Kerr type black holes have curved Ruppeiner metrics whose curvature singularities are meaningful in five dimensions and higher, signifying the onset of thermodynamic instabilities of the black hole in higher dimensions. All the three-parameter black hole families in our study have non-flat Ruppeiner and Weinhold metrics and their associated curvature singularities occur in the extremal limits. We also study two-dimensional black hole families whose thermodynamic geometries are dependent on parameters that determine the thermodynamics of the black hole in question. The tidal charged black hole which arises in the braneworld gravity is studied. Despite its similarity to the Reissner-Nordström type, its thermodynamic geometries are distinctive. / At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Submitted. / Geometry and Physics

Gravitational perturbations can be in the form of scalars, vectors or tensors. This thesis focuses on the evolution of scalar perturbations in cosmology, and interactions between tensor perturbations, in the form of gravitational waves, and plasma waves. The gravitational waves studied in this thesis are assumed to have small amplitudes and wavelengths much shorter than the background length scale, allowing for the assumption of a flat background metric. Interactions between gravitational waves and plasmas are described by the Einstein-Maxwell-Vlasov, or the Einstein-Maxwell-fluid equations, depending on the level of detail required. Using such models, linear wave excitation of various waves by gravitational waves in astrophysical plasmas are studied, with a focus on resonance effects. Furthermore, the influence of strong magnetic field quantum electrodynamics, leading to detuning of the gravitational wave-electromagnetic wave resonances, is considered. Various nonlinear phenomena, including parametric excitation and wave steepening are also studied in different astrophysical settings. In cosmology the evolution of gravitational perturbations are of interest in processes such as structure formation and generation of large scale magnetic fields. Here, the growth of density perturbations in Kantowski-Sachs cosmologies with positive cosmological constant is studied.

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

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.