Bufale all’orizzonte: l’anima e la coscienza quantistica

Un argomento “tipo” di fronte al quale inorridire. Coscienza e immortalità dell’anima. Hai dubbi? Sei out amico mio, arriva la Meccanica Quantistica (MQ) a spiegarti tutto, a dirti che l’anima è un po’ come …. un elettrone, sì un elettrone che è ovunque e in nessun luogo ed è per questo, in linea di principio, immortale. Con la morte le informazioni quantistiche che formano l’anima non vengono distrutte, ma lasciano il sistema nervoso per tornare ad abbracciare l’universo intero! Sì, ok, ci sarebbe il paradosso dell’informazione nei buchi neri formulato da Stephen W. Hawking e, dunque, se l’informazione della mia anima immortale finisse nelle fauci di un gigante nero e questo dovesse poi evaporare potrebbe distruggerla, ma sì anche questa è un’inezia e gli scienziati, si sa, mica hanno sempre ragione, mica hanno solide certezze. Il più delle volte hanno solo opinioni!

Rappresentazione artistica di un buco nero supermassiccio che assorbe materia da una stella vicina. In basso: immagini che si pensa mostrino un buco nero supermassiccio che divora una stella nella galassia RXJ 1242-11. A sinistra: immagine ai raggi X. A destra: immagine ottica. Immagine di pubblico dominio [https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ARxj1242_comp.jpg]

Qualche giorno fa ricevo la notifica di un nuovo messaggio in calce al primo video che ho caricato sul canale, quello sull’entanglement. Un tizio mi scrive ma perché citate sempre quella bufala scientifica su Einstein? Chiedo gentilmente a quale bufala fa riferimento, ma non ricevo risposta. Dopo qualche giorno su facebook mi arriva un messaggio privato in cui mi si “informa” del fatto che Einstein non sarebbe il padre della Relatività, che sarebbe un ladro plagiario in quanto avrebbe rubato i lavori a scienziati meno famosi e “potenti” di lui copiandone i risultati. La comunità scientifica sarebbe a conoscenza del fattaccio ma, ovviamente, sarebbe costretta a tacere – chissà poi per seguire quali interessi. 

Tipico ragionamento complottista – Questo messaggio mi ha fatto venire in mente gli strambi interlocutori che mi ponevano domande altrettanto strambe quando mi dilettavo con la divulgazione scientifica. In cima alla classifica o, almeno, sul podio troviamo la regina delle bufale quantistiche, quella che pretende di derivare l’immortalità dell’anima dal comportamento degli elettroni (o, meglio, dei quanti in generale). Questa bufala fa breccia in più cuori: da un lato abbiamo l’analfabeta funzionale che, non capendo ciò che legge, non è capace di discernere ciò che è scienza da ciò che non lo è. Dall’altro abbiamo persone mediamente istruite, a volte anche molto istruite rispetto al livello dell’uomo comune che, però, in modo ai miei occhi assolutamente sorprendente, sono incapaci di interpretare i risultati di un articolo scientifico, ritengono sia una verità ultimativa e sono restii a discutere e a confrontarsi. Senza poi considerare che un articolo scientifico va inserito nel quadro più ampio degli studi cui si riferisce, può già essere stato superato o smentito, dunque è chiaro che è necessario sapere come usare le fonti peer review.

(I) Spendiamo qualche parola sulla famosa bufala della coscienza quantistica  Presentata da giornali autorevoli, ha due padri illustri: Roger Penrose l’anestesista Stuart Hameroff. Vi riassumo la loro tesi: le nostre “anime” o “coscienze” sarebbero inserite in microstrutture chiamate microtubuli situate nelle nostre cellule cerebrali. Il cervello umano sarebbe una specie di “computer biologico” equipaggiato con una rete informativa (e sinaptica) composta da più di 100 miliardi di neuroni. Penrose e Hameroff ritengono che la nostra consapevolezza o, meglio, la nostra coscienza sarebbe il risultato dell’interazione tra le informazioni quantiche e i microtubuli, un processo che i due hanno battezzato Orch-OR (Orchestrated Objective Reduction). Con la morte i microtubuli perdono il loro stato quantico ma le informazioni che contengono sopravvivono: queste coinciderebbero con l’anima immortale.

La teoria viene dettagliatamente spiegata su Phys.org anche attraverso un’intervista ad Hameroff. Sui rispettivi siti personali dei due studiosi trovate l’elenco di tutte le pubblicazioni in merito; poco spazio è stato dato alle confutazioni che paiono davvero ultimative. “Hameroff’s ideas in the hands of Penrose have developed almost to absurdity”. Secondo la Orch-Or i microtubuli – che sono parte del citoscheletro di tutte le cellule eucariote – si comporterebbero come matrici booleane bidimensionali di commutazione, e i dimeri di tubulina – la proteina che costituisce l’unità fondamentale delle strutture del citoscheletro – si comporterebbero come qubit, le unità di informazione quantistica. Spiegato il parallelismo funzionale, il gioco sembra fatto. Peccato, però, che numerosi esperimenti hanno mostrato che la natura non funziona in questo modo: i microtubuli non sono in grado di supportare qualcosa di simile a uno stato quantistico. Il dato fondamentale è il seguente, che dimostra l’inesistenza della coerenza quantistica lungo le scale delle attività nei microtubuli:

(1) il movimento elettronico in dimeri di tubulina si colloca in una forchetta compresa tra 10 fs (femtosecondi) e 30 ps (picosecondi). Qui trovate una scala degli ordini di grandezza (temporale) giusto per farvi un’idea. 

(2) Ma la teoria di Penrose-Hameroff deve rispettare il limite della coerenza quantistica e deve rispettare una scala temporale di 25 ms (millisecondi). Without a decoherence protection system, similar to the one used in photosynthesis, quantum computing in microtubules is not plausible. [Con questo link avete anche un po’ di bibliografia]. 

La (1) e la (2) ci dicono qualcosa di fondamentale sulla natura. Le nostre attività neuronali si collocano ad una scala di grandezze e di tempi “al di sopra” di quelle richieste dal livello delle interazioni quantistiche. Vuol dire che le leggi che governano il microcosmo valgono solo nel microcosmo. Questa idea, pur banale, spesso viene dimenticata. Tre sono gli ordini di grandezza per l’uomo comune: microcosmo (quark, elettroni, atomi), mesocosmo (uomini, gatti, case), macrocosmo (pianeti, galassie, ammassi di galassie).  Le leggi della MQ valgono solo per il microcosmo. Certo, c’è ancora molto da spiegare, ma non per questo siamo autorizzati a fregarcene della scienza e ad imbastire interpretazioni fantasiose.

Esistono molti studi sulla natura quantistica della fotosintesi e sul ruolo che gioca in questi processi la coerenza quantistica. Uno potrebbe dire: perché la fotosintesi sì e la trasmissione degli impulsi elettrici tra i neuroni no? Perché tutto questo si applica al regno vegetale, privo di coscienza e consapevolezza che sembrano emergere a scale temporali inferiori ai millisecondi di cui abbiamo accennato al punto (2). Esistono naturalmente molti altri perché che qui sarebbe off-topic ripercorre, considerando poi che nell’ambito delle neuroscienze e della biologia evolutiva il lavoro da fare è ancora molto. Sappiamo che la coscienza è emersa come una proprietà di una classe di organismi biologici durante il corso dell’evoluzione. Si tratta del risultato di un lungo processo di adattamento i cui benefici vanno misurati in termini di vantaggio adattativo e sopravvivenza della specie consapevole. Se la consapevolezza è la “semplice” percezione di sé (o appercezione) ossia evidenza del fatto che, ad esempio, sto sorseggiando un caffè caldo, la coscienza è un fenomeno ben più difficile da definire in quanto incorpora considerazioni etiche e morali. Ripeto, il lavoro da fare è ancora molto. 

(II) Alcune criticità tra filosofia e divulgazione scientifica – Tutti sappiamo che la nascita della MQ ha sollevato molti problemi su cosa fosse la realtà e, addirittura, sull’esistenza stessa della realtà. Nel 1927, ventinove fisici si incontrarono a Bruxelles al Congresso di Solvay. (a) Abbiamo la famosa Scuola di Copenaghen con Bohr, Heisenberg, Pauli, Dirac. (b) E poi abbiamo, insieme a molti altri, l’interpretazione concorrente di Lorentz, Planck, Einstein, De Broglie, Schrödinger, Ehrenfest.

Benjamin Couprie – http://w3.pppl.gov/.

Le questioni sul tappeto si possono riassumere in una domanda. Esiste una realtà indipendentemente dalle nostre osservazioni? Potremmo rispondere (compatibile con la metafisica del realismo ingenuo); no (compatibile con la fenomenologia o con l’idealismo); oppure la domanda è priva di senso (compatibile con una visione operativista). La fisica newtoniana è, in ultima analisi, consistente con tutte e tre le opzioni teoriche presentate. Non implica un preciso impegno ontologico. Invece la MQ impone una scelta, limitando le nostre libertà metafisiche. La Scuola di Copenaghen scelse la tre, accettando come fondamentale il concetto di quanto ed eliminando dalla teoria tutte le grandezze non osservabili (rinunciando in questo modo al determinismo classico). Le leggi probabilistiche della MQ vennero così intese come una realtà definitiva e il principio di indeterminazione di Heisenberg fu assunto a prova di un rinnovato determinismo fondamentale nelle leggi della natura. Non ci si limitò a dire che non è possibile conoscere simultaneamente posizione e velocità di una particella; si affermò addirittura che in generale una particella non ha né una posizione né una velocità ben determinate. La particella è diffusa in tutta l’onda e, quindi, si trova, con maggiore o minore probabilità, contemporaneamente in tutta l’onda. La particella ha contemporaneamente e con diverse probabilità, diverse velocità.

Il “partito” di Einstein accettò queste conclusioni ma alcuni, in primis Einstein stesso, tentarono per anni (inutilmente) di portare argomenti a sostegno delle tesi opposte. Anche in questo caso le domande e il lavoro da fare non mancano.

Concludo con la domanda delle domande. Perché è così faticoso fare divulgazione scientifica in Italia? Perché girano così tante cazzate e bufale di fronte alle quali confesso di sentirmi spesso impotente, come se gli sforzi fatti in questi anni non siano mai abbastanza? Mi sembra scontato che alla base ci sia più di un problema riguardante l’efficacia dell’istruzione che le nostre scuole pretendono di impartire. E falliscono, questo è certo, visti i diversi tipi di analfabetismo che si insinuano a diversi livelli della società. Il nocciolo del problema concerne le incredibili difficoltà che la divulgazione scientifica incontra di fronte a vari tipi di resistenze, primariamente da coloro che dovrebbero essere i destinatari ideali degli sforzi dei divulgatori. Ignoranti cronici e irrecuperabili – e l’ignoranza, nell’era di internet in cui tutto è disponibile stando comodamente seduti in salotto è una colpa, cari miei – gente in cattiva fede, super professoroni dall’atteggiamento a dir poco talebano e semplici creduloni. Una fauna meravigliosamente variegata. 

Se penso a Quanta Magazine – Illuminating Science e a Symmetry – dimensions of particle physics, mi rendo conto che il lettore medio in Italia troverebbe abbastanza difficile comprenderne i contenuti. Me ne sono resa conto anche grazie alle domande che ricevo sul blog e sul canale YouTube. Questo significa che non è così scontato ottenere buoni risultati cercando di ripetere in Italia le ricette d’oltralpe.  Non credo che sia sufficiente prendere a modello una di queste riviste o un canale YouTube rivolto agli anglofoni, vedi Vsauce. La carta stampata e i blog anglofoni sono rivolti a un lettore che in Italia classificherei come medio o medio-alto, visto che raccontano di scoperte e articoli scientifici molto spesso in modo preciso e dettagliato, presupponendo che il lettore conosca già il lessico di base: ti racconto le ultime sui condensati di Bose-Einstein presupponendo che tu già sappia che cosa sono e di cosa stiamo parlando. 

Per questo motivo mi convinco sempre di più che se l’obiettivo della divulgazione è quello di creare un ponte tra la scienza dei laboratori e dei dipartimenti e l’uomo comune, per il fruitore italiano o si sceglie di abbassare drasticamente il livello della divulgazione per farsi capire sa tutti, facendone inevitabilmente un giochetto risibile destinato a chi vuole farsi quattro risate in salsa scientifica, oppure si intraprende la strada più difficile. Bisogna mediare con un po’ di buona didattica che sia in grado di fornire il lessico di base, quei linguaggi e quelle nozioni necessarie per leggere testate come Quanta Magazine o Symmetry Magazine. In Italia, ahimé, non si sta facendo questo. La divulgazione cerca troppo spesso il titolo sensazionalistico, non capisce e travisa le fonti originarie divulgando bufale e, cosa ancor peggiore, è ridotta al “facciamoci quattro risate che la scienza è divertente”. Per non parlare di chi è in malafede e ci lucra sopra.

La divulgazione ha perso ogni significato, non è più qualcosa che si fa per il progresso della collettività ma si fa solo per le visualizzazioni e per i click che condividono massivamente, non è più il mettersi al servizio della collettività facendosi portavoce del progresso, della storia, della civiltà, della cultura. Contribuendo direttamente ad innalzare il livello del lettore medio facendo educazione e formazione. Impegnarsi nella didattica su un blog come su YouTube è un po’ una speranza – spero non utopistica – per contribuire a cambiare lo status quo.  

Alcuni concetti della MQ che certamente potranno tornarti utili:

Decoerenza – Nota anche come desincronizzazione delle funzioni d’onda, la decoerenza è l’interazione tra i sistemi quantistici e l’ambiente esterno, quel processo attraverso cui un sistema isolato entra in contatto con elementi esterni, ad esempio attraverso una misurazione, e per questo perde il suo stato caratteristico di coerenza (un approfondimento si trova alla voce The Role of Decoherence in Quantum Mechanics, Stanford Encyclopedia of Philosophy).

Collasso della funzione d’onda – Le particelle non esistono finché non vengono osservate o misurate (così almeno prevede l’interpretazione di Copenaghen). Nell’intervallo di tempo tra una misurazione e l’altra, ciascuna particella non ha un’esistenza propria, localizzabile, al di là delle possibilità astratte descritte dalla funzione d’onda. Ciò significa che misurare e osservare una particella significa consentirle di passare dallo stato potenziale a quello reale, di attuare solo una delle infinite potenzialità o probabilità che la caratterizzano. Questo mutamento discontinuo della funzione d’onda è tecnicamente indicato come collasso del vettore di stato o riduzione del pacchetto d’onda.

Interpretazione probabilistica della MQ – Interpretazione proposta da Max Born se­condo la quale la funzione d’onda consente di calcolare soltanto la pro­babilità di trovare una particella in una particolare posizione. Secondo questa interpretazione la meccanica quantistica può solo fornire le probabilità relative di ottenere certi risultati dalla misurazione di un’osservabile e non abbia alcun valore predittivo.

Osservabile – Qualsiasi variabile dinamica di un sistema o di un corpo che possa, in linea di principio, essere misurata. Per esempio, la posizione, la quantità di moto e l’energia cinetica di un elettrone sono tutte osservabili.

Sovrapposizione – Stato quantico composto da due o più stati. La sovrapposizione quantistica, che consente ad un sistema di trovarsi in due stati differenti nello stesso istante t (come se dicessimo che un gatto è sia vivo che morto), è infatti il nucleo su cui si basano le più innovative ricerche nell’ambito della computazione quantistica. Ogni volta che uno strumento di misura tocca un sistema quantistico, il sistema stesso “collassa” assumendo un determinato modo di essere o, il che è lo stesso, assumendo uno stato classico. In meccanica quantistica tutti i possibili valori che può assumere una grandezza fisica misurabile – una osservabile  – valori che determinano i diversi stati in cui un sistema può trovarsi, vengono chiamati autostati. In termini matematici, lo stato di un sistema è un elemento appartenente allo spazio di Hilbert, cioè ad uno spazio astratto definito come spazio delle potenzialità. Finché non si esegue una misurazione sul sistema, il sistema stesso permane in uno stato indefinito, cioè costituito dalla sovrapposizione di tutti i suoi possibili stati. Più semplicemente, prima del processo di misurazione il sistema si trova nello stesso momento in tutti gli stati che potrebbe assumere e che sono relativi ad una sua osservabile (Schrödinger parlava di stati puri). L’autostato si concretizzerà in un unico stato reale solo come conseguenza di un atto di misurazione, il che comporta il collasso della funzione d’onda, ossia la riduzione del sistema stesso ad uno tra i possibili autostati definiti per quella osservabile. (Approfondimento alla voce The Uncertainty Principle della Stanford Encyclopedia of Philosophy).

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5 pensieri su “Bufale all’orizzonte: l’anima e la coscienza quantistica

  1. Pensi che valga la pena leggere i libri di Penrose su questo argomento? Quali libri consiglieresti tu inerenti alla coscienza e alla sua spiegazione? Secondo me potresti farne un interessante video di consigli di lettura come quelli sul tempo, la m.q. e la relatività.

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    • Vale sempre la pena di leggere uno come Penrose. Anche per imparare un po’ di sano spirito critico. Sul tema consiglio Coscienza di Daniel Dennett e La Mente di Searle. Per quanto riguarda le teorie della coscienza nella MQ ci sono solo articoli specialistici un po’ complessi per chi non studia fisica. Comunque sì, potrei farci un video, grazie per il suggerimento 🙂

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  2. Pensi che valga la pena leggere i libri di Penrose sull’argomento? Che libri consiglieresti a proposito di coscienza e dei migliori tentativi di spiegarne la natura? Secondo me potresti farne un ottimo video di consigli di lettura.

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  3. Salve, potrebbe indicarmi qualche pubblicazione sullo stato attuale del dibattito riguardante la teoria di Penrose? Ho letto sia Dennett che Searle, grazie.

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