Natureza da Ciência e a detecção das ondas gravitacionais: um olhar a partir da Teoria da Atividade Cultural-Histórica.

## NATUREZA DA CIÊNCIA E A DETECÇÃO DAS ONDAS GRAVITACIONAIS: UM OLHAR A PARTIR DA TEORIA DA ATIVIDADE CULTURAL-HISTÓRICA.

## NATURE OF SCIENCE AND THE GRAVITATIONAL WAVE DETECTION: A LOOK FROM THE CULTURAL-HISTORICAL ACTIVITY THEORY.

## João Otavio Garcia 1 , Juliano Camillo 2

1 Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, joaoppgect@gmail.com

2 Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Metodologia do Ensino e Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, julianocamillo@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho, temos por objetivo trazer discussões envolvendo Natureza da Ciência a partir da análise da detecção das ondas gravitacionais à luz do referencial da Teoria da Atividade Cultural-Histórica. Considerando a primeira detecção direta das ondas gravitacionais, realizadas pelo LIGO em 2016, brevemente faremos uma contextualização histórica acerca desta, buscando apresentar alguns pontos da dinâmica das atividades que constituem tal detecção, relacionando tais pontos com a Teoria da Atividade. A Teoria da Atividade, fundada a partir de trabalhos como Vygotsky e Leontiev, dentre outros, constitui-se como um referencial que permite compreender o desenvolvimento humano em uma perspectiva dialética, de modo a considerar que a realidade humana é formada a partir das práticas humanas colaborativas. Nesta perspectiva, a Teoria da Atividade nos serve de aporte para delinearemos questões visando provocar reflexões, sendo que além de fornecer aporte teórico-metodológico para as discussões que pretendemos, nos auxilia como princípio organizacional para trabalhar reflexões sobre ciência na educação em ciências, tanto básica quanto superior.

Palavras-chave: Teoria da Atividade Cultural-Histórica. Natureza da Ciência. Detecção das ondas gravitacionais.

## Abstract

In this paper, we aim to bring discussions about Nature of Science looking to gravitational-wave detection in a relationship with a historical episode from a CulturalHistorical Activity Theory perspective. Taking the first direct detection of gravitational waves, made by LIGO in 2016, we briefly treat this episode, seeking to presente some points in the activity dynamics of the detection, relating these points to CulturalHistorical Activity Theory. The Cultural-Historical Activity Theory was grounded from soviet psychology, in Vygotsky's and Leontiev's Works, amongst others, and constitutes a framework to understand human development in a dialetcial perspective, in order to consider the human colaborative practices as the foundational of reality. In this perspective, Cultural-Historical Activity Theory help us as a framework to outline questions aiming provoke reflections, in a way that besides providing theoretical-methodological support for the discussions we intend, it helps

us as na organizational principle to talk about relfections on science both in basic and higher education.

Keywords: Cultural-Historical Activity Theory. Nature of Science. Gravitational-wave detection.

## Natureza da Ciência e a educação em ciências.

A importância de tratar dos processos sociais, culturais e históricos de produção/consumo de conhecimento científico já vem sendo destacada nas pesquisas envolvendo educação em ciências nas últimas décadas (CAMILLO; MATTOS, 2014; CAMILLO, 2015). Nesse sentido, faz-se importante ressaltar a relevância da História, Filosofia e Sociologia da Ciência para se discutir tais processos tanto na educação básica quanto na superior (MOURA, 2014). Mais estritamente no âmbito educacional, discussões voltadas para o que se convencionou chamar de Natureza da Ciência são assinaladas pela literatura como possibilidades de trabalhar aspectos relacionados à construção do conhecimento científico, especialmente quando trabalhados a partir de episódios da história da ciência (PEDUZZI; RAICIK, 2019).

A partir disso, diferentes estratégias e propostas de didatizar tais aspectos de Natureza da Ciência também são discutidas, aliadas aos debates a respeito da relevância desta área na educação em ciências. Seja por meio destas propostas de didatização (IRZIK; NOLA, 2011; MATTHEWS, 2012) ou de trabalhos teóricos buscando desenvolver princípios fundamentais da área (ALLCHIN, 2017) tal campo segue se consolidando. Portanto, Natureza da Ciência, quando trabalhada na perspectiva de reflexões sobre ciência contribui para a formação de estudantes e professores, permitindo analisar tais processos de produção/consumo do conhecimento científico não desconsiderando os condicionantes sociais, culturais e históricos como apêndices e sim como fundantes da atividade científica. Nesse sentido, ao trabalhar com Natureza da Ciência, 'o objetivo da educação científica deve sempre ser o de facilitar a compreensão e evitar a crença nas idéias ensinadas nas aulas de ciências' (TABER, 2017, p. 81, tradução nossa).

No entanto, mesmo imersa em diversas propostas de didatização, estratégias e abordagens, a Natureza da Ciência ainda não possui um princípio organizacional; de fato, as diversas formas pelas quais se ensina e aprende Natureza da Ciência, tanto na educação básica quanto superior, constitui um problema em aberto (COFRÉ, et al. 2019). Ainda que neste trabalho não solucionaremos este problema, temos por objetivo trazer discussões envolvendo Natureza da Ciência a partir da análise da detecção das ondas gravitacionais realizadas pelo LIGO 1 em 2016, à luz do referencial da Teoria da Atividade CulturalHistórica, que além de fornecer aporte teórico-metodológico para as discussões que pretendemos nos serve como princípio organizacional para trabalhar reflexões sobre ciência na educação em ciências.

Realizaremos brevemente uma contextualização acerca do referencial da Teoria da Atividade, explicitando que nossa discussão acerca do episódio da detecção das ondas gravitacionais estará relacionada à categoria

'individualidade/coletividade' presente neste referencial. Desta forma, realizamos na sequência uma breve apresentação da Teoria da Atividade, de modo que esta nos sirva de aporte para delinearemos questões visando provocar reflexões sobre ciências.

## Teoria da Atividade Cultural-Histórica e a educação em ciências.

Na Teoria da Atividade, a realidade é fundada nas práticas humanas coletivas, sendo os complexos processos de produção de significados/instrumentos/objetos emergentes destas práticas. Os significados/instrumentos/objetos, portanto, não existem de maneira reificada, 'em si mesmos', mas sim sempre no fluxo das atividades humanas (CAMILLO, 2015), sendo que emergem delas e por meio delas se sustentam. Desta forma, dicotomias como: sujeito e objeto; emocional e racional; mente e corpo; desenvolvimento e aprendizagem; produção e consumo; individual e coletivo, por exemplo, perdem o sentido. Tais dicotomias não representam a realidade humana em sua totalidade, de maneira que a própria mente -a cognição -é socialmente distribuída e coletivamente mediada (STETSENKO, 2008).

Além disso, um dos princípios da Teoria da Atividade é o de que as contradições se constituem como motores das atividades humanas (SANNINO; ENGESTRÖM, 2018; CAMILLO; MATTOS, 2019), de maneira que as atividades são sempre orientadas aos seus objetos/motivos, com intencionalidade e nunca neutras, sempre buscando superar contradições. Nesse sentido, as contradições não 'surgem' na realidade humana, mas são inerentes ao tecido desta realidade, de modo que as transformações sociais constituem o fundamento ontológico da realidade, o que Stetsenko (2008) chamou de 'posição ativista transformadora 2 '. Desta forma, os seres humanos conhecem o mundo e o transformam simultaneamente, de maneira colaborativa, de modo que a realidade é transformada pelas práticas humanas colaborativas (STETSENKO, 2008).

Considerar a simultaneidade de conhecer e transformar o mundo, pela Teoria da Atividade, relaciona-se à tomar pela raiz a discussão envolvendo a unidade contraditória 'individualidade/coletividade' (CAMILLO; MATTOS, 2014). Se as contradições são os motores das atividades, isto significa que em torno de uma unidade contraditória estabelecem-se pólos de contradição, de modo que tais contradições movem as atividades não quando 'solucionam-se logicamente' um destes pólos, mas sim quando estes são tratados como unidade a partir da relação dialética que estabelecem. A unidade contraditória , portanto, que chamamos de 'individualidade/coletividade', guiará as discussões que faremos olhando para a detecção das ondas gravitacionais. Tal unidade emerge a partir do trabalho desenvolvido por Camillo e Mattos (2014), onde discute-se, na educação em ciência, as diversas manifestações das tensões presentes em diversas destas unidades. No nosso caso, centralizaremos as discussões na relação entre individual e coletivo.

Nesse sentido, a relação entre individual e coletivo é dialética e não essencializada, reificada; é complexa por ser multideterminada, numa perspectiva onde a própria individualidade é sempre formada a partir da coletividade, o que faz com que compreendamos, por meio da Teoria da Atividade, as atividades humanas

- o que inclui a atividade científica - numa perspectiva dinâmica, de modo a entender 'o desenvolvimento humano não como simples estado atual de coisas, mas como processo de vir-a-ser histórico' (CAMILLO, 2015, p. 164).

Assim, a individualidade deve ser reconhecida como processo/projeto enquanto que a individualização forçada é tratada como um fetiche, pois 'não se pode conceber uma atividade que seja puramente individual (sem relação com o outro), pois mesmo quando um indivíduo realiza isoladamente sua ação, ele a faz mediado pela história humana objetivada e por ele apropriada' (CAMILLO; MATTOS, 2014, p. 215). Isto não significa afirmar que não exista individualidade, mas sim que esta faz parte de um processo sempre coletivo e que precisa ser, por exemplo, na educação em ciências, constantemente problematizado.

Assim, a partir desta breve apresentação da Teoria da Atividade, analisaremos a detecção das ondas gravitacionais do ponto de vista de problematizar a perspectiva individualizada de olhar para tal detecção em si mesma, reificada, para então compreendê-la como formada em um fluxo de atividades, imersa em complexos sistemas de atividades em interação.

## Detecção das ondas gravitacionais e a Teoria da Atividade.

A partir dos recentes resultados referentes à detecção das ondas gravitacionais pelo LIGO, podemos considerar que a ambição de Lorde Kelvin (1824-1907) de que bastariam que se dirimissem duas nuvens no céu azul da Física, pois esta já havia explicado tudo , fora um tanto exagerada, principalmente reconhecendo estas duas nuvens como a Mecânica Quântica e a Relatividade Geral. A detecção das ondas gravitacionais, relacionada à segunda nuvem, nos lembra que o céu da Física sempre esteve muito agitado, inclusive se considerarmos que é a partir desta detecção que novos caminhos para a Física emergem.

Ainda que não iremos discutir detalhadamente toda a história das ondas gravitacionais neste trabalho, começaremos destacando que um dos primeiros trabalhos relacionados a elas não é de autoria de Einstein. Apesar de ser a partir dos estudos desenvolvidos por Einstein que compreendemos tais ondas como perturbações no tecido espaço-temporal que se propagam à velocidade da luz, um dos primeiros cientistas a interessar-se pelo assunto foi Oliver Heaviside (18501925). Ainda na época onde discussões sobre o éter luminífero estavam em voga, em meados de 1893, Heaviside publica, nos apêndices de sua obra Electromagnetic Theory , um ensaio intitulado A gravitational and electromagnetic analogy , onde investigava relações entre o eletromagnetismo e a gravitação universal newtoniana. Neste ensaio, Heaviside faz um avanço importante ao discutir que a gravidade se propagará no tempo, imensamente rápido, com uma velocidade finita, opondo-se à uma caracterização desta propagação de forma instantânea (HEAVISIDE, 1893), somente não deixa explícito tratar-se da velocidade da luz devido à presente influência das discussões sobre o éter luminífero.

Se considerarmos algumas fontes onde a detecção das ondas gravitacionais foi divulgada, estas geralmente reportam-se à detecção como uma ação que confirma as predições que Einstein fez em 1916. A partir do momento que as ondas gravitacionais envolvem a astrofísica e os estudos sobre buracos negros, encontra-

s a outros cientistas 3 , mas em alguns dos principais artigos sobre a detecção, há ainda uma individualização acerca da detecção, considerando que em 1916 Einstein previu a existência das ondas (ABBOTT et al. 2016) deixando em suspenso como se somente Einstein estivesse trabalhando diretamente com este problema. Acreditamos que tal individualização contribui, na educação em ciências, para a criação de representações mitológicas acerca do conhecimento científico, trazendo à luz a figura de gênios isolados, sempre colocados 'descolados' dos contextos do trabalho coletivo na atividade científica, pois à luz da Teoria da Atividade existe uma relação dialética - manifestando-se de forma polar - na unidade entre individual e coletivo:

É qualitativamente diferente da soma de seus constituintes, uma vez que eles têm, simultaneamente, qualidades genéricas da humanidade e experiências singulares que os constituem - são dialeticamente genéricos e singulares. A humanidade não pode ser reduzida ao indivíduo, nem o indivíduo reduzido à humanidade. Nesse sentido, não há completa oposição entre indivíduo e coletivo (CAMILLO; MATTOS, 2014, p. 221).

Não estamos inferindo que tais publicações deveriam fazer todo o apanhado histórico acerca das ondas gravitacionais, mas vale destacar que esta individualização é olhada, do ponto de vista da Teoria da Atividade, como um problema concernente à maneira individualista e dicotômica de como concebemos as atividades humanas. Trata-se, de maneira resumida, de desconsiderar que a individualidade humana - ou neste caso, o trabalho que aparenta ser realizado por apenas um indivíduo - é formado coletivamente, de modo que o objetivo real a partir da Teoria da Atividade é de compreender 'a visão de que a subjetividade e a agência individuais tornam possível o próprio processo do desenvolvimento humano e da vida social' (STETESENKO, 2005, p. 71, tradução nossa).

A partir do trabalho de Heaviside, destacam-se trabalhos posteriores realizados por Henri Poincaré (1854-1912), onde a velocidade finita e altíssima com que tais ondas de gravidade se propagariam seria a velocidade da luz. Poincaré discute, inspirado pela impossibilidade de movimento absoluto indicada pelo trabalho de Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), no artigo traduzido do original em francês intitulado Sur la dynamique de l'électron para o inglês On the dynamics of the eléctron , que deveriam existir ondas de gravidade de acordo com as transformações de Lorentz (POINCARÉ, 1906). Poincaré, desta forma, foi um dos responsáveis por tratar neste trabalho de dois problemas fundamentais que impulsionariam as pesquisas futuras no assunto: a possibilidade de existência física de ondas gravitacionais e se e como estas transportam energia.

Ainda que possa parecer simplista inferir que foram estes problemas delineados por Poincaré que impulsionaram as pesquisas futuras, do ponto de vista de poder explicativo que a Relatividade Geral sustenta atualmente em relação a o que são ondas gravitacionais gira em torno destes problemas fundamentais. Seria simplista se olhássemos de um ponto de vista puramente culminativo, que partiria dos trabalhos de Poincaré e iria até os trabalhos de Einstein. No entanto, pela Teoria da Atividade, consideramos que a constituição das atividades humanas emerge em complexos sistemas interativos, onde as contradições movem tais atividades; a

busca por solucionar problemas, ou no caso das ondas gravitacionais, de fazer emergir uma nova natureza da gravidade, constituem-se como motores destas atividades e não estabelecem simplesmente relações duais entre causa e efeito.

Inicialmente Einstein hesitava em relação à explicação de Poincaré, pois esta admitia a existência de um dipolo gravitacional, o que implicaria em massas negativas -algo que Einstein não aceitava (CERVANTES-COTA; GALINDO; SMOOT, 2016). Ou seja, investir na discussão de que as contradições são os motores das atividades e na relação entre individual e coletivo pode ajudar a compreender como as atividades coletivas humanas são estruturadas para superar algo que não é explicado, ou que ainda não possui explicação suficiente dentro das tradições de pesquisa vigentes. No entanto, relaciona-se também a não dicotomizar subjetividade e objetividade, considerando tais processos subjetivos também como parte objetiva da realidade (KOSIK, 2002) e que a própria formação da identidade humana, do 'eu', emerge das atividades humanas coletivas (ARIEVITCH; STETSENKO, 2014). Nessa perspectiva, não excluem-se os fatores subjetivos da construção do conhecimento científico, até porque a subjetividade humana não é menos objetiva na construção/transformação da realidade, de modo que buscar, na construção do conhecimento científico categorias que 'emergem do sujeito' ou 'emergem do objeto', isoladamente, é um fetiche.

No desenvolvimento histórico das atividades relacionadas às ondas gravitacionais, a importância de considerar a coletividade como fundante destas atividades emerge se analisarmos o ano de 1916, onde a partir de aproximações entre o eletromagnetismo maxwelliano e a gravitação, Einstein formula uma previsão acerca das ondas gravitacionais. Destacamos aqui a importância de considerar a coletividade, principalmente porque as pesquisas de Einstein e colaboradores se intensificam em 1933, quando Einstein se muda para os Estados Unidos como docente na Princeton University e começa a trabalhar envolvido em uma comunidade de cientistas. Nos anos seguintes, ainda antes do final da década de 50, convenções e eventos foram realizados pelos físicos que estudavam gravitação nos Estados Unidos, porém o projeto que conhecemos atualmente como LIGO nasceria somente a partir da década de 70 - quase duas décadas após a morte de Einstein - com três físicos: Kip Thorne, Ronald Drever e Reiner Weiss.

Estes três físicos, alcunhados por Levin (2016) de Troika trabalharam conjuntamente nas décadas seguintes para desenvolver o primeiro protótipo que mais se assemelha ao LIGO atual em 2002, porém só o colocando para operar nos anos de 2010. Após anos de diversas parcerias com outros países e pesquisadores, o LIGO detecta em 2015, apesar de só divulgarem em 2016, pela primeira vez, as ondas gravitacionais. O LIGO e a primeira detecção direta das ondas gravitacionais pode ser considerado um marco na história da gravitação se considerarmos principalmente o fato de que ele contribui para o entendimento dos dois problemas fundamentais destacados há mais de um ano por Poincaré pois 'resolve claramente o argumento sobre se as ondas gravitacionais realmente existem; um grande argumento inicial era sobre se elas transportavam alguma energia. Eles fazem! Isso foi provado com força e clareza (CERVANTES-COTA; GALINDO; SMOOT, 2016, p. 26, tradução nossa). Isto significa que a detecção relaciona-se simultaneamente com a existência física das ondas gravitacionais e a forma como transportam energia, mas não encerram as atividades humanas envolvidas com a detecção das ondas gravitacionais, pois ao passo que a atividade científica avança nestas

explicações, mais problemas a serem resolvidos movem tal atividade para novos objetos/motivos.

## Considerações finais

Apesar do breve espaço que aqui dispomos para tratar brevemente tanto da detecção das ondas gravitacionais quanto de alguns princípios da Teoria da Atividade, vale destacar que ambos não se esgotam aqui. A detecção, como buscamos apontar rapidamente, envolvem muitos outros cientistas além de Einstein, muitas comunidades científicas formando o que conhecemos como LIGO e principalmente muitos planos de atividades que possibilitam a constituição e estabilidade dos significados/instrumentos/objetos que tais atividades sustentam nesse caso, de por meio da gênese e desenvolvimento das ondas gravitacionais, fazer emergir uma nova natureza da gravidade.

Ainda que não tenha sido o objetivo central deste trabalho, cabe destacar que, para trabalhos futuros, temos por objetivo tratar de questões ontológicas a respeito das ondas gravitacionais - e dos fluxos de atividades pelos quais estas se sustentam - de modo a superar questões a respeito de 'desde quando existem' para avançarmos em discussões a respeito de 'como a atividade científica sustenta significados/instrumentos/objetos acerca da existência das ondas gravitacionais?'. Mesmo não explicitando neste trabalho como discussões desta natureza se relacionam com aspectos de Natureza da Ciência, indicamos que estas estão relacionadas principalmente se olharmos para algumas pesquisas recentes, onde se discute que o papel da Natureza da Ciência deveria estar comprometido em discutir os 'comos' da atividade científica e não necessariamente aos 'o quês' (ALLCHIN, 2017). Ou ainda, que o papel principal da Natureza da Ciência deveria ser o de desenvolver posturas críticas que fomentassem o interesse em aprender e ensinar ciências e não em acreditar na ciência (TABER, 2017).

Assim, a detecção das ondas gravitacionais marca uma nova era na astronomia, permitindo-nos explorar - ou melhor, ouvir - o universo de forma mais aprofundada, além de contribuir para pesquisas em relação a buracos negros. De uma forma geral, a detecção das ondas gravitacionais e todos os processos sociais e históricos de construção de conhecimento científico, entendidos à luz da Teoria da Atividade, definem um novo começo para a atividade científica, especificamente para a história da investigação astronômica, e não um capítulo final; as ondas gravitacionais marcam um prólogo, não um epílogo.

## Referências

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