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Il cervello umano e la fisica quantica

Nuove Scienze

Il cervello umano e la fisica quantica

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Il cervello umano e la fisica quantica

Il xx secolo ha portato un decisivo cambiamento del paradigma scientifico attraverso la scoperta del misterioso mondo della meccanica quantistica. Stiamo vivendo un tempo rivoluzionario in cui avviene una profonda unificazione della fisica con tutte le altre scienze connesse: biologia molecolare, biochimica, le neuroscienze. La grande ricerca si sta lentamente spostando dagli estremi limiti, l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande, verso un punto centrale di equilibrio che si dimostra sempre più chiaro essere l’Uomo con il suo Cervello, la sua Mente e la sua Coscienza.

A cura di Elena Sanda Chira, coordinatrice della collana Scienza e Conoscenza 


Redazione Web Macro

 

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Roger Penrose, il premio Nobel per la Fisica nel 2020, nel suo straordinario libro intitolato Il grande, il piccolo e la mente umana realizza una scala logaritmica spazio-temporale dell’universo visibile e posiziona l’essere umano circa a metà di questa scala. “Relativamente alla dimensione temporale, la durata della vita umana è invece lunga quasi quanto quella dell’universo! …Dunque, noi siamo strutture davvero molto stabili nell’universo. Per quanto riguarda le dimensioni spaziali, noi ci troviamo in una posizione intermedia - non sperimentiamo direttamente né la fisica del molto grande né quella del molto piccolo. Siamo davvero nel mezzo”.

La domanda è allora: che tipo di fisica si applica all’essere umano?

La risposta a questa domanda dipende dai risultati delle ricerche sul funzionamento del cervello umano.

Per millenni l’umanità si è rivolta all’universo considerandolo un’entità in qualche modo guidata dal suo creatore, caratterizzata da un suo preciso progetto e da un significato, nonostante il suo operato continuasse a dimostrarsi misterioso. L’idea che l’intero universo non fosse altro che un “sistema fisico”, ovvero una macchina, che si dispiegava meccanicamente in accordo a leggi rigide e immutabili, cominciò sotto forma d’eresia nella mente di qualche coraggioso scienziato. Prendendo spunto da quell’ipotesi, questi primi rivoluzionari e i loro seguaci cominciarono a inanellare una serie infinita di successi. Oggi non c’è una sola apparecchiatura medica, una cura, un veicolo, una tecnologia di comunicazione o un processo industriale che non sia basato su quell’ipotesi. Nel periodo compreso tra le scoperte di Galileo e la fine del ventesimo secolo, quella che una volta rappresentava un’eresia estrema si è trasformata nella visione dominante dell’universo, che viene condivisa da miliardi di esseri, che ne siano consapevoli o no.

Con l’avvento della scienza i misteri sono stati via via svelati, uno dopo l’altro. E la scienza non si è fermata, ma ha continuato imperterrita il suo cammino, fino a esplorare la vita, la vita umana, e a penetrare in quei misteri della mente che sembravano assolutamente impenetrabili: l’apprendimento, l’intelligenza e l’intuizione. Oggi possiamo analizzarli estensivamente, e capirne appieno la meccanica.

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La ricerca sul funzionamento del cervello ha seguito lo stesso percorso che ha caratterizzato ogni altro progresso scientifico successivo all’Illuminismo: si è cioè basata sull’idea che nel cervello (e a dire il vero, nell’intero universo) non ci fosse niente di più di un meccanismo all’opera. Né la mente né il cervello possono essere caratterizzati da qualcosa di spirituale o di insostanziale; nell’uomo non c’è un’anima ma un semplice insieme di componenti fisici che si influenzano vicendevolmente, in virtù di forze impersonali. Il divenire di tali oggetti, per quanto complicati, non può che essere determinato dalla loro condizione precedente, quale che sia.

Messe in moto una volta per tutte all’epoca del Big Bang, le particelle che molto tempo dopo sarebbero entrate a far parte di un cervello umano, non hanno mai avuto alcuna libertà d’azione, né a livello individuale né in quanto insieme. Il fatto di pensarci “liberi”, dotati di una “mente” capace di effettuare certe “scelte”, e in definitiva il fatto stesso di pensare di pensare non può che essere definito in un solo modo: illusione. In conformità con questa concezione ciò che chiamiamo “volontà” è soltanto il sottoprodotto inevitabile di un’interazione meccanica tra le diverse componenti del cervello. Questa “mente” illusoria non può influenzare né i processi cerebrali né le azioni del corpo messe in atto dal cervello stesso.

Verso la fine del XIX secolo, gli scienziati credevano di aver scoperto quasi tutte le leggi fondamentali della fisica. Si trattava di leggi meramente meccaniche; grazie a quelle interazioni meccaniche (per quanto potessero sembrare complicate e difficili da identificare e ricostruire) si poteva arrivare all’origine di ogni fenomeno sperimentabile su qualsiasi scala. Anche la stessa materia vivente non era considerata nulla di più che un ingranaggio particolarmente complesso, basato su meccanismi molecolari.

Ovviamente abbiamo avuto, e abbiamo tuttora, molte eminenti personalità che ritengono che tale visione della realtà sia alquanto deprimente. Molti pensano di sapere quanto basta dal punto di vista meccanicistico (e del metodo scientifico) per poterlo tranquillamente rigettare, senza neppure mettere seriamente alla prova la forza delle sue pretese. C’è stato invero chi si è infine reso conto della sua potenza, e ha sperato fino in fondo che alla fine quel metodo si dimostrasse in qualche modo sbagliato. Per dirla altrimenti, questi individui speravano che un bel giorno gli scienziati avrebbero scoperto almeno una legge fondamentale dell’universo che non fosse pienamente meccanica e che godesse di una qualche forma di libertà dai vincoli meccanicistici. Tali speranze si sono rinfocolate all’emergere di una strana teoria definita meccanica quantistica.

A partire dalla sua comparsa, la meccanica quantistica ha dato origine a nuovi enigmi, ma è riuscita peraltro a risolverli, dimostrandosi così la teoria più valida in tutta la storia della scienza. In tale contesto ha potuto provare che, a livello fondamentale, la materia non si comporta affatto come una macchina.

Le stesse premesse meccanicistiche su cui la scienza ha costruito la sua ascesa potrebbero essere invalidate dalla scienza stessa.

Ciò ha dato vita a qualche speranza di trovare proprio nell’ambito della meccanica quantistica una via d’uscita al vicolo cieco di un mondo che «ha esattamente le stesse proprietà che ci potremmo aspettare se, in definitiva, non ci fosse alcun progetto, alcuno scopo, né bene né male”.

Alcune di queste vie d’uscita quantistiche si basano sui bizzarri fenomeni scoperti su scala subatomica e quantistica, per poi applicarli indiscriminatamente al contesto umano, viste e considerate le analogie possibili, per esempio, tra il libero arbitrio che noi uomini crediamo di possedere e la “libertà di scelta” apparente di un elettrone. Gran parte degli scienziati più seri rifiutano questo genere di paragoni, perché ne sanno abbastanza sul modo in cui gli effetti quantici si manifestano su larga scala, e quindi sono convinti del fatto che tutte quelle bizzarrie quantiche sono già scomparse da tempo nel momento stesso in cui abbiamo a che fare con aggregati di fantastiliardi di particelle, sufficientemente grandi da poter dare vita a esseri umani.

Tuttavia, nel momento stesso in cui la moderna scienza biologica è penetrata nella materia vivente a livello subcellulare, e in particolare in quella che costituisce il cervello, si è trovata di fronte a quegli stessi bizzarri effetti quantici che per un secolo avevano tenuto in scacco il mondo della fisica. Si tratta di veri effetti, di qualcosa di reale, non di semplici analogie, e come vedremo siamo tenuti a prenderli in considerazione se vogliamo cominciare a capire quali siano le mattonelle fondamentali della materia vivente. Non sono molti i biologi che se ne sono già resi conto, ma ben presto dovranno farlo. E ciò avrà effetti sensazionali sia sulla scienza sia sugli scienziati. Come ammette un noto fisico:

A livello subcellulare la materia stessa assume i connotati e un comportamento

“paragonabile a quello del pensiero”!

I primi studiosi della meccanica quantistica finirono per scoprire che non c’è nulla al mondo che causi il salto della particella; tuttavia la scienza si basa su una premessa fondamentale: nel mondo, tutto accade solamente come effetto di una qualsivoglia causa. Uno dei pionieri della meccanica quantistica ebbe a confessare: «Se finiremo per incagliarci in questo dannato enigma del salto quantico sarò costretto a rimpiangere il momento stesso in cui ho imboccato questa strada». Inoltre, se le particelle subatomiche possono liberamente scegliere di andare e venire a loro piacimento, forse le antiquate ipotesi relative alla natura umana non-meccanicistica non sono poi così arcaiche come sembra. Improvvisamente, la presunta meccanicità del cervello potrebbe dimostrarsi illusoria, mentre la mente e la volontà potrebbero dimostrarsi una realtà più sostanziale. Sono già diversi i fisici quantistici che si sono chiesti pubblicamente se non sia infine possibile che quei vecchi mistici avessero ragione: forse il Grande Architetto esiste davvero!

Gli scienziati hanno ben presto compreso che l’ammontare di “libertà assoluta” individualmente disponibile alle diverse componenti dell’universo è incredibilmente piccolo. È di una certa rilevanza solo a livello delle particelle atomiche e subatomiche. Gli elettroni possono andarsene a spasso di qua e di là senza nessun motivo apparente, ma ciò non potrà mai accadere ai pianeti, alle montagne, né a un granello di sabbia e neppure a noi umani.

Ma ecco qualcosa di rivoluzionario: sembra possibile che invece di essere caratterizzato da una generale mancanza di libertà, il cervello umano, che è esso stesso una macchina, abbia nondimeno evoluto una struttura unica, capace di attingere alla “possibilità di scelta” del livello subatomico, per poi concentrarla e amplificarne l’intensità a livelli superiori, approfittando delle peculiari caratteristiche del “caos”. È la macchina che abbiamo in testa ciò che, più d’ogni altra cosa, ci permette di trascendere la nostra stessa meccanicità.

Volendo, potremmo definire i nostri cervelli come dei “computer quantici”. Tuttavia non si tratta dello stesso genere di computer che troviamo sugli scaffali dei grandi magazzini. Gli infinitesimali effetti quantici che hanno luogo nel nostro cervello ci permettono di fare cose che altrimenti non riusciremmo a portare a termine; oggi, per poter sfruttare al meglio tale capacità naturale del nostro cervello, stiamo progettando cervelli ancora più potenti, sintetici. Questa nuova categoria di cervelli dovrà servirsi dei principi quantici in modo diretto, mentre nel cervello umano la meccanica quantistica è all’opera in modo estremamente sottile, pressoché invisibile. 

Non dobbiamo dimenticare che nel cervello umano l’amplificazione della libertà quantica ha luogo in modi che finiscono per preservare le apparenze, in base alle quali noi stessi e il nostro universo siamo nella nostra quotidianità completamente meccanici. Tutto ciò risulta terribilmente incoerente, soprattutto agli occhi di quei filosofi che cercano di comprendere il mondo, e la vita umana, in base a schemi già noti. Tuttavia per comprendere appieno la direzione imboccata dalla scienza potremmo aver bisogno di una disciplina molto più logica e rigorosa e di una metodologia più solida.

Sono molti gli scienziati che parlano della “crisi” prodottasi in seguito all’avvento della meccanica quantistica, e che quindi cercano qualcosa di più limpido, una teoria più puramente “meccanica” che possa prenderne il posto e restaurare l’austero riduzionismo dell’epoca illuminista. Non sono pochi neppure quelli che nella meccanica quantistica vedono una conferma delle antiche tradizioni religiose. Ma c’è anche chi vi percepisce qualcosa di assolutamente nuovo, irto di incredibili opportunità come di rischi terribili.

Se la natura umana continuerà a tener fede alle sue più consolidate tradizioni comportamentali, possiamo aspettarci di veder realizzate sia le speranze sia i timori, con le rispettive inevitabili conseguenze.

In ogni caso, la nostra comprensione di ciò che siamo e delle nostre origini, nonché la nostra stessa concezione del nostro ruolo nel grande schema della natura e del nostro futuro, sembra proprio destinata a dover subire cambiamenti epocali. 

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