Elaboramos um estudo detalhado de alguns aspectos d(e uma versão d)a correspondência AdS/CFT, conjeturada por Maldacena e Witten, entre teorias quânticas de campo num fundo gravitacional dado por um espaço-tempo assintoticamente anti-de Sitter (AAdS), e teorias quânticas de campos conformalmente covariantes no infinito conforme (no sentido de Penrose) deste espaço-tempo, aspectos estes: (a) independentes d(o par d)e modelos específicos em Teoria Quântica de Campos, e (b) suscetíveis a uma reformulação em moldes matematicamente rigorosos. Adotamos como ponto de partida o teorema demonstrado por Rehren no contexto da Física Quântica Local (também conhecida como Teoria Quântica de Campos Algébrica) em espaços-tempos anti-de Sitter (AdS), denominado holografia algébrica ou dualidade de Rehren. O corpo do presente trabalho consiste em estender o resultado de Rehren para uma classe razoavelmente geral de espaços-tempos AAdS d-dimensionais (d>3), escrutinar como as propriedades desta extensão são enfraquecidas e/ou modificadas em relação ao espaço-tempo AdS, e como efeitos gravitacionais não-triviais se manifestam na teoria quântica no infinito conforme. Dentre os resultados obtidos, citamos: condições razoavelmente gerais sobre geodésicas nulas no interior (cuja plausibilidade justificamos por meio de resultados de rigidez geométrica) não só garantem que a nossa generalização é geometricamente consistente com causalidade, como também permite uma reconstrução ``holográfica\'\' da topologia do interior na ausência de horizontes e singularidades; a implementação das simetrias conformes na fronteira, que associamos explicitamente a uma família de isometrias assintóticas do interior construída de maneira intrínseca, ocorre num caráter puramente assintótico e é atingida dinamicamente por um processo de retorno ao equilíbrio, mediante condições de contorno adequadas no infinito; efeitos gravitacionais podem eventualmente causar obstruções à reconstrução da teoria quântica no interior, ou por torná-la trivial em regiões suficientemente pequenas ou devido à existência de múltiplos vácuos inequivalentes, que por sua vez levam à existência de excitações solitônicas localizadas ao redor de paredes de domínio no interior, similares a D-branas. As demonstrações fazem uso extensivo de geometria Lorentziana global. A linguagem empregada para as teorias quânticas relevantes para nossa generalização da dualidade de Rehren segue a formulação funtorial de Brunetti, Fredenhagen e Verch para a Física Quântica Local, estendida posteriormente por Sommer para incorporar condições de contorno. / We elaborate a detailed study of certain aspects of (a version of) the AdS/CFT correspondence, conjectured by Maldacena and Witten, between quantum field theories in a gravitational background given by an asymptotically anti-de Sitter (AAdS) spacetime, and conformally covariant quantum field theories in the latter\'s conformal infinity (in the sense of Penrose), aspects such that: (a) are independent from (the pair of) specific models in Quantum Field Theory, and (b) susceptible to a recast in a mathematically rigorous mould. We adopt as a starting point the theorem demonstrated by Rehren in the context of Local Quantum Physics (also known as Algebraic Quantum Field Theory) in anti-de Sitter (AdS) spacetimes, called algebraic holography or Rehren duality. The main body of the present work consists in extending Rehren\'s result to a reasonably general class of d-dimensional AAdS spacetimes (d>3), scrutinizing how the properties of such an extension are weakened and/or modified as compared to AdS spacetime, and probing how non-trivial gravitational effects manifest themselves in the conformal infinity\'s quantum theory. Among the obtained results, we quote: not only does the imposition of reasonably general conditions on bulk null geodesics (whose plausibility we justify through geometrical rigidity techniques) guarantee that our generalization is geometrically consistent with causality, but it also allows a ``holographic\'\' reconstruction of the bulk topology in the absence of horizons and singularities; the implementation of conformal symmetries in the boundary, which we explicitly associate to an intrinsically constructed family of bulk asymptotic isometries, have a purely asymptotic character and is dynamically attained through a process of return to equilibrium, given suitable boundary conditions at infinity; gravitational effects may cause obstructions to the reconstruction of the bulk quantum theory, either by making the latter trivial in sufficiently small regions or due to the existence of multiple inequivalent vacua, which on their turn lead to the existence of solitonic excitations localized around domain walls, similar to D-branes. The proofs make extensive use of global Lorentzian geometry. The language employed for the quantum theories relevant for our generalization of Rehren duality follows the functorial formulation of Local Quantum Physics due to Brunetti, Fredenhagen and Verch, extended afterwards by Sommer in order to incorporate boundary conditions. (An English translation of the full text can be found at arXiv:0712.0401)

In dieser Arbeit studieren wir Lorentz-Mannigfaltigkeiten mit spezieller Holonomie, d.h. ihre Holonomiedarstellung wirkt schwach-irreduzibel aber nicht irreduzibel. Aufgrund der schwachen Irreduzibilität lässt die Darstellung einen ausgearteten Unterraum invariant und damit also auch eine lichtartige Linie. Geometrisch hat dies zur Folge, dass wir zwei parallele Unterbündel (die Linie und ihr orthogonales Komplement) des Tangentialbündels erhalten. Diese Arbeit nutzt diese und weitere Objekte um zu beweisen, dass kompakte Lorentzmannigfaltigkeiten mit Abelscher Holonomie geodätisch vollständig sind. Zudem werden Lorentzmannigfaltigkeiten mit spezieller Holonomie und nicht-negativer Ricci-Krümung auf den Blättern der Blätterung, induziert durch das orthogonale Komplement der parellelen Linie, und maximaler erster Bettizahl untersucht. Schließlich werden vollständige Ricci-flache Lorentzmannigfaltigkeiten mit vorgegebener voller Holonomie konstruiert. / In the present thesis we study dimensional Lorentzian manifolds with special holonomy, i.e. such that their holonomy representation acts indecomposably but non-irreducibly. Being indecomposable, their holonomy group leaves invariant a degenerate subspace and thus a light-like line. Geometrically, this means that, since being holonomy invariant, this line gives rise to parallel subbundles of the tangent bundle. The thesis uses these and other objects to prove that Lorentian manifolds with Abelian holonomy are geodesically complete. Moreover, we study Lorentzian manifolds with special holonomy and non-negative Ricci curvature on the leaves of the foliation induced by the orthogonal complement of the parallel light-like line whose first Betti number is maximal. Finally, we provide examples of geodesically complete and Ricci-flat Lorentzian manifolds with special holonomy and prescribed full holonomy group.

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre. / In this thesis we present a both mathematical and conceptually rigorous quantization method for the neutral scalar field free of interactions. Initially, we introduce some aspects of the Theory of Distributions and we establish some points of Lorentzian geometry. The rest of the work is divided in two parts: in the first one, we study wave equations on globally hyperbolic Lorentzian manifolds, hence presenting the concept of fundamental solutions within the context of locally defined wave equations. Next, we progressively construct fundamental solutions for the wave operator from the Riesz distribution. Once established a solution to the wave equation in a neighbourhood of a point of the manifold, we move forward to produce a global solution from the extension of the Cauchy problem to the whole manifold. At this stage, fundamental solutions are replaced by Green\'s operators by the imposition of appropriate boundary conditions. In the last part, we present a minimum on the Theory of Categories and Functors. This is followed by the use of this formalism in the development of a second-quantization functor between the category of Lorentzian globally hyperbolic manifolds and the category of nets of C*-algebras obeying Haag-Kastler axioms. Finally, we turn our attention to the particular case of the quantum free scalar field.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-25T19:25:58Z No. of bitstreams: 1 ERALDO ALMEIDA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2011..pdf: 415901 bytes, checksum: 427abfdae7c5a546735d4a6b14f72bfe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ERALDO ALMEIDA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2011..pdf: 415901 bytes, checksum: 427abfdae7c5a546735d4a6b14f72bfe (MD5) Previous issue date: 2011-07 / Neste trabalho, apresentamos um estudo das hipersuperfícies tipo-espaço imersas no ambiente −R × Hn, exibindo condições para que tais hipersuperfícies sejam slices {t0}×Hn. Para uma melhor compreensão das demonstrações e dos resultados, inserimos processos de diferenciação, cálculos de gradientes e Laplacianos que, juntamente com o princípio do máximo de Omori-Yau, foram cruciais no desenvolvimento dos resultados que, em sua maioria são do tipo Bernstein. Também incluímos um resultado do tipo Calabi. / In this work we present a study of the spacelike hypersurfaces immersed in the manifold −R × Hn providing sufficient conditions for such hypersurfaces be slices, {t0}×Hn. For a better understanding of the proofs and results, we have added differentiation processes, gradient computations and Laplacians which jointly with the Omori-Yau Maximum Principle were crucial in the developing of the results whose are mostly Bernstein-type. In the elapsing we also included Calabi-type results.

Elaboramos um estudo detalhado de alguns aspectos d(e uma versão d)a correspondência AdS/CFT, conjeturada por Maldacena e Witten, entre teorias quânticas de campo num fundo gravitacional dado por um espaço-tempo assintoticamente anti-de Sitter (AAdS), e teorias quânticas de campos conformalmente covariantes no infinito conforme (no sentido de Penrose) deste espaço-tempo, aspectos estes: (a) independentes d(o par d)e modelos específicos em Teoria Quântica de Campos, e (b) suscetíveis a uma reformulação em moldes matematicamente rigorosos. Adotamos como ponto de partida o teorema demonstrado por Rehren no contexto da Física Quântica Local (também conhecida como Teoria Quântica de Campos Algébrica) em espaços-tempos anti-de Sitter (AdS), denominado holografia algébrica ou dualidade de Rehren. O corpo do presente trabalho consiste em estender o resultado de Rehren para uma classe razoavelmente geral de espaços-tempos AAdS d-dimensionais (d>3), escrutinar como as propriedades desta extensão são enfraquecidas e/ou modificadas em relação ao espaço-tempo AdS, e como efeitos gravitacionais não-triviais se manifestam na teoria quântica no infinito conforme. Dentre os resultados obtidos, citamos: condições razoavelmente gerais sobre geodésicas nulas no interior (cuja plausibilidade justificamos por meio de resultados de rigidez geométrica) não só garantem que a nossa generalização é geometricamente consistente com causalidade, como também permite uma reconstrução ``holográfica\'\' da topologia do interior na ausência de horizontes e singularidades; a implementação das simetrias conformes na fronteira, que associamos explicitamente a uma família de isometrias assintóticas do interior construída de maneira intrínseca, ocorre num caráter puramente assintótico e é atingida dinamicamente por um processo de retorno ao equilíbrio, mediante condições de contorno adequadas no infinito; efeitos gravitacionais podem eventualmente causar obstruções à reconstrução da teoria quântica no interior, ou por torná-la trivial em regiões suficientemente pequenas ou devido à existência de múltiplos vácuos inequivalentes, que por sua vez levam à existência de excitações solitônicas localizadas ao redor de paredes de domínio no interior, similares a D-branas. As demonstrações fazem uso extensivo de geometria Lorentziana global. A linguagem empregada para as teorias quânticas relevantes para nossa generalização da dualidade de Rehren segue a formulação funtorial de Brunetti, Fredenhagen e Verch para a Física Quântica Local, estendida posteriormente por Sommer para incorporar condições de contorno. / We elaborate a detailed study of certain aspects of (a version of) the AdS/CFT correspondence, conjectured by Maldacena and Witten, between quantum field theories in a gravitational background given by an asymptotically anti-de Sitter (AAdS) spacetime, and conformally covariant quantum field theories in the latter\'s conformal infinity (in the sense of Penrose), aspects such that: (a) are independent from (the pair of) specific models in Quantum Field Theory, and (b) susceptible to a recast in a mathematically rigorous mould. We adopt as a starting point the theorem demonstrated by Rehren in the context of Local Quantum Physics (also known as Algebraic Quantum Field Theory) in anti-de Sitter (AdS) spacetimes, called algebraic holography or Rehren duality. The main body of the present work consists in extending Rehren\'s result to a reasonably general class of d-dimensional AAdS spacetimes (d>3), scrutinizing how the properties of such an extension are weakened and/or modified as compared to AdS spacetime, and probing how non-trivial gravitational effects manifest themselves in the conformal infinity\'s quantum theory. Among the obtained results, we quote: not only does the imposition of reasonably general conditions on bulk null geodesics (whose plausibility we justify through geometrical rigidity techniques) guarantee that our generalization is geometrically consistent with causality, but it also allows a ``holographic\'\' reconstruction of the bulk topology in the absence of horizons and singularities; the implementation of conformal symmetries in the boundary, which we explicitly associate to an intrinsically constructed family of bulk asymptotic isometries, have a purely asymptotic character and is dynamically attained through a process of return to equilibrium, given suitable boundary conditions at infinity; gravitational effects may cause obstructions to the reconstruction of the bulk quantum theory, either by making the latter trivial in sufficiently small regions or due to the existence of multiple inequivalent vacua, which on their turn lead to the existence of solitonic excitations localized around domain walls, similar to D-branes. The proofs make extensive use of global Lorentzian geometry. The language employed for the quantum theories relevant for our generalization of Rehren duality follows the functorial formulation of Local Quantum Physics due to Brunetti, Fredenhagen and Verch, extended afterwards by Sommer in order to incorporate boundary conditions. (An English translation of the full text can be found at arXiv:0712.0401)

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre. / In this thesis we present a both mathematical and conceptually rigorous quantization method for the neutral scalar field free of interactions. Initially, we introduce some aspects of the Theory of Distributions and we establish some points of Lorentzian geometry. The rest of the work is divided in two parts: in the first one, we study wave equations on globally hyperbolic Lorentzian manifolds, hence presenting the concept of fundamental solutions within the context of locally defined wave equations. Next, we progressively construct fundamental solutions for the wave operator from the Riesz distribution. Once established a solution to the wave equation in a neighbourhood of a point of the manifold, we move forward to produce a global solution from the extension of the Cauchy problem to the whole manifold. At this stage, fundamental solutions are replaced by Green\'s operators by the imposition of appropriate boundary conditions. In the last part, we present a minimum on the Theory of Categories and Functors. This is followed by the use of this formalism in the development of a second-quantization functor between the category of Lorentzian globally hyperbolic manifolds and the category of nets of C*-algebras obeying Haag-Kastler axioms. Finally, we turn our attention to the particular case of the quantum free scalar field.

Nous étudions les champs de Maxwell à l'extérieur de trous noirs de Reissner-Nordstrom-de Sitter. Nous commençons par étudier la géométrie de ces espaces-temps : nous donnons une condition sous laquelle la métrique admet trois horizons puis dans ce cadre nous construisons l'extension analytique maximale d'un trou noir de Reissner-Nordstrom-de Sitter. Nous donnons ensuite une description générale des champs de Maxwell en espace-temps courbe, de leur décomposition en composantes spinorielle ainsi que de leur énergie. La première étude analytique établit la décroissance ponctuelle de champs de Maxwell à l'extérieur d'un trou noir de Reissner-Nordstrom-de Sitter ainsi que la décroissance uniforme de l'énergie sur un hyperboloïde qui s'éloigne dans le futur. Ce chapitre utilise des méthodes de champs de vecteurs (estimations d'énergie géométriques) dans l'esprit des travaux de Pieter Blue. Enfin nous construisons une théorie du scattering conforme pour les champs de Maxwell à l'extérieur du trou noir. Ceci consiste en la résolution du problème de Goursat pour les champs de Maxwell à la frontière isotrope de l'extérieur du trou noir, constituée des horizons du trou noir et horizons cosmologiques futurs et passés. Les estimations de décroissance uniforme de l'énergie sont cruciales dans cette partie. / We study Maxwell fields on the exterior of Reissner-Nordstrom-de Sitter black holes. We start by studying the geometry of these spacetimes: we give the condition under which the metric admits three horizons and in this case we construct the maximal analytic extension of the Reissner-Nordstrom-de Sitter black hole. We then give a general description of Maxwell fields on curves spacetimes, their decomposition into spin components, and their energies. The first result establishes the pointwise decay of the Maxwell field in the exterior of a Reissner-Nordstrom-de Sitter black hole, as well as the uniform decay of the energy flux across a hyperboloid that recedes in the future. This chapter uses the vector fields methods (geometric energy estimates) in the spirit of the work of Pieter Blue. Finally, we construct a conformal scattering theory for Maxwell fields in the exterior of the black hole. This amounts to solving the Goursat problem for Maxwell fields on the null boundary of the exterior region, consisting of the future and past black hole and cosmological horizons. The uniform decay estimates of the energy are crucial to the construction of the conformal scattering theory.