Cylindrically symmetric models of gravitational collapse to black holes: a short review

We survey results about exact cylindrically symmetric models of gravitational collapse in General Relativity. We focus on models which result from the matching of two spacetimes having collapsing interiors which develop trapped surfaces and vacuum exteriors containing gravitational waves. We collect some theorems from the literature which help to decide a priori about eventual spacetime matchings. We revise, in more detail, some toy models which include some of the main mathematical and physical issues that arise in this context, and compute the gravitational energy flux through the matching boundary of a particular collapsing region. Along the way, we point out several interesting open problems.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Primordial Perturbations in Einstein-Aether theories

El nostre objectiu es l'estudi d'extensions de la Relativitat General i, en particular, estem interessats en les teories que continguin camps vectorials addicionals. En aquests tipus de teories es necessari imposar que el vector ha de tenir norma fixa per evitar la presència d'un fantasma o grau de llibertat amb terme cinètic negatiu, i això implica que la simetria Lorentz està trencada espontàniament. El camp del aether només interactua gravitatòriament i la seva presència es difícil de detectar, no obstant això, durant inflació les fluctuacions del buit a escales petites d'un camp lleuger pot deixar una empremta en observables com les anisotropies del fons de radiació de microones. Les fluctuacions del Einstein-aether es comporten com els camps sense massa i això fa que inflació generi modes de longitud de ona llarga en els sectors escalar i vectorial. Hem estudiat la signatura del Einstein-aether dins l'espectre de pertorbacions primordials lluny del límit de de Sitter de inflació. Aquests modes escalars i vectorials poden deixar una empremta significativa en la radiació de fons de microones en funció dels paràmetres del model. Les observacions del fons de radiació de microones imposen restriccions fenomenològiques que redueixen els límits existents per aquesta classe de teoria. Amb aquest estudi del aether també esperem millorar el coneixement que tenim de una classe més ampla de teories que exhibeixen el mateix tipus de trencament de simetria.

The metaphysics of quantum gravity : a causal approach

The dissertation investigates some relevant metaphysical issues arising in the context of spacetime theories. In particular, the inquiry focuses on general relativity and canonical quantum gravity. A formal definition of spacetime theory is proposed and, against this framework, an analysis of the notions of general covariance, symmetry and background independence is performed. It is argued that many conceptual issues in general relativity and canonical quantum gravity derive from putting excessive emphasis on general covariance as an ontological prin-ciple. An original metaphysical position grounded in scientific essential- ism and causal realism (weak essentialism) is developed and defended. It is argued that, in the context of general relativity, weak essentialism supports spacetime substantivalism. It is also shown that weak essentialism escapes arguments from metaphysical underdetermination by positing a particular kind of causation, dubbed geometric. The proposed interpretive framework is then applied to Bohmian mechanics, pointing out that weak essentialism nicely fits into this theory. In the end, a possible Bohmian implementation of loop quantum gravity is considered, and such a Bohmian approach is interpreted in a geometric causal fashion. Under this interpretation, Bohmian loop quantum gravity straightforwardly commits us to an ontology of elementary extensions of space whose evolution is described by a non-local law. The causal mechanism underlying this evolution clarifies many conceptual issues related to the emergence of classical spacetime from the quantum regime. Although there is as yet no fully worked out physical theory of quantum gravity, it is argued that the proposed approach sets up a standard that proposals for a serious ontology in this field should meet.

Implícits filosòfics del convencionalisme en la geometria espaciotemporal

Treball que té com a objectiu, en primer lloc, establir quina possibilitat té el convencionalisme de ser una alternativa a les concepcions realistes de la geometria relativista; en segon lloc, assenyalar les implicacions epistemològiques que en deriven; en tercer lloc, precisar quin tipus de lectura de la hipòtesi inicial hem de fer donat que hi ha un cert marge per a l’ambigüitat i això ha permès diverses propostes; i en quart i darrer lloc, en cas que hom accepti les restriccions que el convencionalisme imposa al nostre coneixement, hem de veure quines conclusions podem extreure en l’àmbit ontològic i fins a quin punt són significatives per a la discussió sobre la relació entre matemàtica i naturalesa

Nuclear curvature energy in relativistic models

The difficulties arising in the calculation of the nuclear curvature energy are analyzed in detail, especially with reference to relativistic models. It is underlined that the implicit dependence on curvature of the quantal wave functions is directly accessible only in a semiclassical framework. It is shown that also in the relativistic models quantal and semiclassical calculations of the curvature energy are in good agreement.

Spin-2 gravitational trace anomaly

The part proportional to the Euler-Poincar characteristic of the contribution of spin-2 fields to the gravitational trace anomaly is computed. It is seen to be of the same sign as all the lower-spin contributions, making anomaly cancellation impossible. Subtleties related to Weyl invariance, gauge independence, ghosts, and counting of degrees of freedom are pointed out.

BRST-invariant path integral for a spinning relativistic particle

The propagator of a relativistic spinning particle is calculated using the Becchi-Rouet-Stora-Tyutin-(BRST)-invariant path-integral formalism of Fradkin and Vilkovisky. The spinless case is considered as an introduction to the formalism.

1/c expansion of a separable model of direct-interaction type

The properties of a proposed model of N point particles in direct interaction are considered in the limit of small velocities. It is shown that, in this limit, time correlations cancel out and that Newtonian dynamics is recovered for the system in a natural way.

Batalin-Vilkovisky analysis of covariant and noncovariant actions

The equivalence between the covariant and the noncovariant versions of a constrained system is shown to hold after quantization in the framework of the field-antifield formalism. Our study covers the cases of electromagnetism and Yang-Mills fields and sheds light on some aspects of the Faddeev-Popov method, for both the covariant and noncovariant approaches, which have not been fully clarified in the literature.

Newton-Hooke algebras, nonrelativistic branes, and generalized pp-wave metrics

The Newton-Hooke algebras in d dimensions are constructed as contractions of dS(AdS) algebras. Nonrelativistic brane actions are WZ terms of these Newton-Hooke algebras. The NH algebras appear also as subalgebras of multitemporal relativistic conformal algebras, SO(d+1,p+2). We construct generalizations of pp-wave metrics from these algebras.

Exotic nonrelativistic string

We construct a classical nonrelativistic string model in 3+1 dimensions. The model contains a spurion tensor field that is responsible for the noncommutative structure of the model. Under double-dimensional reduction the model reduces to the exotic nonrelativistic particle in 2+1 dimensions.

Classical motions from pseudoclassical spin-1/2 particle models

The classical trajectory and spin precessions of Bargmann, Michel, and Telegdi are deduced from a pseudoclassical model of a relativistic spin-(1/2) particle. The corresponding deduction from a non- relativistic model is also given.