Neste trabalho dedicamo-nos à análise da presença de curvas fechadas tipo tempo em espaços-tempos cilindricamente simétricos e estacionários Ct. A equação de movimento que descreve a evolução de um campo escalar massivo nos espaços-tempos Ct é apresentada. Uma classe de espaços-tempos descrevendo cordas e cilindros cósmicos que admitem a presença de curvas fechadas tipo tempo é estudada em detalhes. A região não-causal desses espaços-tempos se revela acessível tanto a partículas massivas quanto a fótons. Curvas geodésicas e curvas fechadas tipo tempo são obtidas e investigadas. Essencialmente, dois tipos de órbitas descritas por partículas massivas e fótons foram observadas: órbitas confinadas e órbitas espalhadas. Os cones de luz evidenciaram claramente a intersecção de futuro e passado na região não-causal. Soluções exatas das equações de movimento do campo escalar se propagando nos espaçcos-tempos das cordas e cilindros são apresentadas. No caso dos cilindros estático e em rotação os modos quasinormais de oscilação do campo escalar foram calculados. A presença de modos instáveis foi observada em alguns casos. Observamos, também, que tanto na corda estática quanto na corda em rotação o campo escalar não apresentam modos quasinormais de oscilação. Concluimos com a proposta de uma conjectura relacionando curvas fechadas tipo tempo e instabilidades do espaço-tempo. / This work deals with the analysis of cylindrically symmetric and stationary space-times Ct with closed timelike curves. The equation of motion describing the evolution of a massive scalar field in a Ct space-time is obtained. A class of space-times with closed timelike curves describing cosmic strings and cylinders is studied in detail. In such space-times, both massive particles as well as photons can reach the non-causal region. Geodesics and closed timelike curves are calculated and investigated. We have observed that massive particles and photons describe, essentially, two kinds of trajectories: confined orbits and scattering states. The analysis of the light cones show us clearly the intersection between future and past inside the non-causal region. Exact solutions for the equation of motion of massive scalar field propagating in cosmic strings and cylinder space-times are presented. Quasinormal modes for the scalar field have been calculated in static and rotating cosmic cylinders. We found unstable modes in the rotating cases. Rotating as well as static cosmic strings, i.e., without regular interior solutions, do not display quasinormal modes for the scalar field. We conclude presenting a conjecture relating closed timelike curves and space-time instability.

Neste trabalho dedicamo-nos à análise da presença de curvas fechadas tipo tempo em espaços-tempos cilindricamente simétricos e estacionários Ct. A equação de movimento que descreve a evolução de um campo escalar massivo nos espaços-tempos Ct é apresentada. Uma classe de espaços-tempos descrevendo cordas e cilindros cósmicos que admitem a presença de curvas fechadas tipo tempo é estudada em detalhes. A região não-causal desses espaços-tempos se revela acessível tanto a partículas massivas quanto a fótons. Curvas geodésicas e curvas fechadas tipo tempo são obtidas e investigadas. Essencialmente, dois tipos de órbitas descritas por partículas massivas e fótons foram observadas: órbitas confinadas e órbitas espalhadas. Os cones de luz evidenciaram claramente a intersecção de futuro e passado na região não-causal. Soluções exatas das equações de movimento do campo escalar se propagando nos espaçcos-tempos das cordas e cilindros são apresentadas. No caso dos cilindros estático e em rotação os modos quasinormais de oscilação do campo escalar foram calculados. A presença de modos instáveis foi observada em alguns casos. Observamos, também, que tanto na corda estática quanto na corda em rotação o campo escalar não apresentam modos quasinormais de oscilação. Concluimos com a proposta de uma conjectura relacionando curvas fechadas tipo tempo e instabilidades do espaço-tempo. / This work deals with the analysis of cylindrically symmetric and stationary space-times Ct with closed timelike curves. The equation of motion describing the evolution of a massive scalar field in a Ct space-time is obtained. A class of space-times with closed timelike curves describing cosmic strings and cylinders is studied in detail. In such space-times, both massive particles as well as photons can reach the non-causal region. Geodesics and closed timelike curves are calculated and investigated. We have observed that massive particles and photons describe, essentially, two kinds of trajectories: confined orbits and scattering states. The analysis of the light cones show us clearly the intersection between future and past inside the non-causal region. Exact solutions for the equation of motion of massive scalar field propagating in cosmic strings and cylinder space-times are presented. Quasinormal modes for the scalar field have been calculated in static and rotating cosmic cylinders. We found unstable modes in the rotating cases. Rotating as well as static cosmic strings, i.e., without regular interior solutions, do not display quasinormal modes for the scalar field. We conclude presenting a conjecture relating closed timelike curves and space-time instability.

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Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T22:19:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_ValeriaMattosda_D.pdf: 1232759 bytes, checksum: e4b5f9dd20a1bb1f521f2972b43bbfaf (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Várias soluções das equações de Einstein admitem curvas tipo-tempo fechadas (CTCs). Estudamos o comportamento deste tipo de curva quanto à estabilidade linear. Analisando as CTCs no universo de Gödel, encontramos que elas são linearmente estáveis, assim como as curvas desse tipo encontradas em um exemplo particular de métrica tipo-Gödel com fundo plano. As CTCs que aparecem no modelo contendo uma única corda cósmica girante também apresentam estabilidade linear. Estudamos todos os exemplos conhecidos de soluções das equações de Einstein que possuem geodésicas tipo-tempo fechadas (CTGs). Encontramos que a CTG apresentada pelos autores da solução dos dois perjeons não é linearmente estável, mas obtivemos condições, para os parâmetros desse modelo, sob as quais ela admite outras CTGs e, sob condições mais restritivas, obtivemos CTGs linearmente estáveis. As CTGs apresentadas por Soares em seu modelo topológico e por Grøn e Johannesen em seu modelo da núvem de cordas não possuem estabilidade linear. Já as CTGs de uma das soluções dada por van Stockum foram analisadas e verificamos que são linearmente estáveis. Encontramos CTGs em um exemplo particular de métrica tipo-Gödel com fundo conformemente plano, e estas também são estáveis. Analisamos, também, a deformação provocada pelo buraco negro de Schwarzschild ao ser colocado em um espaço-tempo com uma corda cósmica girante. Encontramos as CTGs desse espaço-tempo e determinamos as condições para que estas sejam estáveis / Abstract: Several solutions of Einstein¿s field equations admit closed timelike curves (CTCs). We study the linear stability of this kind of curve. We analyze the CTCs in Gödel universe and we find that these curves are stable. The same occurs with the CTCs of a particular case of Gödel-type metric with flat background and with CTCs of a model that contains a single spinning cosmic string. We study all known solutions of Einstein¿s equations that contain closed timelike geodesics (CTGs). We find that the CTG presented by Bonnor and Steadman in their model of two Perjeons is not stable under linear perturbations, but we present conditions to have stable CTGs in this model. The CTGs presented by Soares in his topological model and those presented by Grøn and Johannensen in their model of the cloud of strings are not stable. But, analizing the CTGs presented by Steadman in a solution gave by van Stockum, we conclude that these curves are stable. Besides these known CTGs, we find this kind of curve in a particular case of G¨odel-type metric with conformally flat background and we also find that they are stable. We also study the deformation that a Schwarzschild black hole causes in the spacetime of a single spinning cosmic string. We find the CTGs of this new spacetime and we determine conditions to have linear stability / Doutorado / Fisica-Matematica / Doutor em Matemática Aplicada

Title: Billiard time machine Author: Jindřich Dolanský Department: Institute of Theoretical Physics Supervisor: doc. RNDr. Jiří Langer, CSc. Supervisor's e-mail address: Jiri.Langer@mff.cuni.cz Abstract: In this work we investigate a simple interacting system of an elastic particle in the non-relativistic spacetime with a nontrivial causal structure realized by a worm- hole with a time shift. We require that standard local physical laws hold, and search for their globally consistent solutions, i.e, we assume the validity of the principle of self-consistency. If there were nontrivial set of initial conditions which would violate this principle, the system would be logically inconsistent. We show that the investigated system is not inconsistent in this sense, i.e., that all standard initial conditions have a globally consistent evolution. Even for the so called dangerous initial conditions which threaten to result into the paradoxical situation a consistent solution exists. In this case, the paradoxical collision-free trajectory is superseded by a special consistent self-colliding trajectory. Moreover, we demonstrate that more than one globally consistent evolution exists for a wide class of initial conditions. Thus, the evolution of the described system is not unique due to the nontrivial causal structure...