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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2012.tde-01062012-182200
Documento
Autor
Nome completo
William Couto Corrêa de Lima
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Vanzella, Daniel Augusto Turolla (Presidente)
Barata, Joao Carlos Alves
Forger, Frank Michael
Jorás, Sergio Eduardo de Carvalho Eyer
Saa, Alberto Vazquez
Título em português
Do mecanismo de despertar do vácuo (ou de como fazer o vácuo pesado)
Palavras-chave em português
Gravitação
Teoria quântica de campos
Vácuo
Resumo em português
É fato sabido que, de todas as interações fundamentais da Natureza que conhecemos, a gravitacional é a que acopla mais fracamente com a matéria. Isso sugere que na maior parte dos processos físicos a força gravitacional desempenha papel diminuto. Por outro lado, na Teoria Quântica de Campos é atribuído ao estado de vácuo uma rica estrutura, a qual é indispensável para uma descrição consistente da Natureza. No entanto, implicações experimentais diretas dessa estrutura são muito sutis e requerem sistemas cuidadosamente projetados para serem observadas, como é o caso do Efeito Casimir. À luz dos fatos mencionados acima, é de se esperar que na fusão minimamente consistente entre Gravitação e Mecânica Quântica, a chamada Teoria Quântica de Campos em Espaços-tempos Curvos, efeitos relacionados a perturbação do vácuo pelo campo gravitacional sejam muito difíceis de serem observados. De fato, a despeito de sua importância conceitual, o efeito de evaporação de buracos negros é praticamente impossível de ser observado para sistemas astrofísicos. No curso deste doutoramento, todavia, foi mostrado que essa crença é falsa e que é possível que existam situações em que a evolução bem comportada do espaço-tempo força a densidade de energia de vácuo a tornar-se dominante sobre a densidade de energia clássica que gera o espaço-tempo de fundo. Uma vez despertado, o vácuo passaria a dirigir a evolução do sistema gravitacional, o que poderia ter consequências inesperadas em contextos astrofísicos. Qualquer que seja seu destino, é razoável esperar que a retroação do vácuo aja sobre o sistema gravitacional de forma a cessar as instabilidades. Com essa simples observação é possível concluir que quando o vácuo adormece novamente processos de criação de partículas em profusão podem ser engendrados.
Título em inglês
On the vacuum awakening mechanism (or how to turn the vacuum into something heavy)
Palavras-chave em inglês
Gravitation
Quantum field theory
Vacuum
Resumo em inglês
It is well known that the gravitational interaction is the weakest among the fundamental forces in Nature. This fact suggests that Gravity plays a minor part in the majority of physical process. On the other hand, in Quantum Field Theory a rich structure is attributed to the vacuum state, which is imperative for a consistent description of the more basic processes in Nature. Nevertheless, the direct experimental implications of this structure are very subtle and their observation requires specially designed systems, as in the case of the Casimir Effect. Therefore, it is reasonable to expect that effects related to the perturbation of the quantum vacuum by gravitational fields, described by the framework of Quantum Field Theory in Curved Space-times, would be hard to be observed. This is the case of the black hole evaporation effect. In spite of its conceptual importance, this effect is virtually impossible to be observed for astrophysical black holes. Notwithstanding, here it is argued that this belief is false and that there exist well-behaved space-time evolutions where the vacuum energy density of free quantum fields is forced by the very same background space-time to become dominant over the classical energy density. Once it has been awakened, the quantum vacuum would overrule the dynamics of the entire gravitational system, which may bear some unexpected astrophysical implications. Whatever turns out to be the fate of the system, it seems reasonable to conjecture that the vacuum backreaction will act in order to cease the quantum instabilities. Through this simple observation it is possible to conclude that when the vacuum falls dormant particles are released as consequence.
 
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Data de Publicação
2012-06-06
 
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  • LANDULFO, A.G.S., et al. Particle creation due to tachyonic instability in relativistic stars [doi:10.1103/PhysRevD.86.104025]. Physical Review D [online], 2012, vol. 86, n. 10.
  • LIMA, William C. C., et al. Awaking the vacuum with spheroidal shells [doi:10.1103/PhysRevD.87.104039]. Physical Review D [online], 2013, vol. 87, n. 10.
  • LIMA, William C. C., and VANZELLA, Daniel A. T.. Gravity-Induced Vacuum Dominance [doi:10.1103/PhysRevLett.104.161102]. Physical Review Letters [online], 2010, vol. 104, n. 16.
  • LIMA, William C. C., MATSAS, George E. A., and VANZELLA, Daniel A. T.. Awaking the Vacuum in Relativistic Stars [doi:10.1103/PhysRevLett.105.151102]. Physical Review Letters [online], 2010, vol. 105, n. 15.
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