L'entanglement: connessioni fra fisica e coscienza
Scienza e Fisica Quantistica
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La fisica quantistica e la coscienza umana sono
strettamente correlate tra loro.
Nella sua opera Entanglement, il dottore in astrofisica e
ricercatore internazionale Massimo Teodorani ci conduce sulle tracce di
un’incredibile scoperta, in cui furono implicate personalità scientifiche di
grande prestigio: la coscienza umana è una funzione della natura, rivelata e
definita dalla fisica quantistica.
Redazione - Scienza e Conoscenza - 27/01/2022
A cura della redazione della collana Scienza e conoscenza
Il lavoro di Stuart Hameroff (medico anestesista
statunitense e professore presso l'Università dell'Arizona) consisteva nel
trovare possibili locazioni e strutture nel cervello in grado di permettere
effetti di computazione quantistica, però mancava ancora l’ossatura fisica
della teoria quantistica della coscienza. Fu così che entrò in scena Roger
Penrose, il quale spiegò quali sono i meccanismi fisici che determinano la
formazione di momenti di coscienza nel cervello, tramite stati di entanglement
e coerenza presenti nei microtubuli e il collasso della funzione d’onda che
raccoglie tutti assieme gli stati quantistici all’interno dei microtubuli.
Il suddetto collasso si verifica in una maniera
estremamente sofisticata e avviene non tramite un processo di misura ma tramite
la gravità quantistica. Questo collasso porta ad atti elementari di coscienza,
che però non sono computabili in senso convenzionale (si tratta cioè di
processi non-algoritmici), come invece si era ritenuto fino a ora, cioè che
fossero i neuroni con i loro meccanismi di trasmissione elettrica i principali
protagonisti del processo.
Affinché abbia luogo tutto questo è necessario che il
cervello realizzi uno stato di coerenza quantistica macroscopica, e che tale
stato sia mantenuto per un certo tempo. Come vedremo, il collasso degli stati
di sovrapposizione quantistica che si verificano nel cervello tramite i
microtubuli, ha luogo in media ogni quarantesimo di secondo. Come concordano
sia Penrose che Hameroff, la coscienza è un processo che sta al confine tra il
mondo quantistico e il mondo classico.
Esso si articola in due fasi fondamentali:
Nella prima fase abbiamo un “momento inconscio”
corrispondente alla sovrapposizione quantistica di tutti gli stati delle
tubuline nei microtubuli, una specie di limbo della coscienza di brevissima
durata.
Nella seconda fase abbiamo il “momento conscio” vero e
proprio corrispondente al collasso della funzione d’onda che raccoglieva in sé
in un unico stato quantistico il complesso entanglement globale che unisce i
microtubuli nel cervello: questa seconda fase viene denominata “riduzione
obiettiva orchestrata”. Obiettiva perché il collasso della funzione d’onda
riduce uno stato quantistico a uno stato classico. Orchestrata perché il
momento di coscienza risulta dall’azione concertata di un certo numero di
microtubuli entangled nel cervello.
In base ai calcoli, si è in grado di stabilire che per
generare un momento di coscienza corrispondente alla riduzione orchestrata, sia
necessario un numero di 109 tubuline. Questa seconda fase innesca,
automaticamente in seguito al collasso della funzione d’onda, i normali
processi elettrici tramite i quali neuroni e sinapsi comunicano tra loro
tramite segnali convenzionali.
Le conoscenze tradizionali sul funzionamento del cervello
non erano sbagliate in sé, ma solo profondamente incomplete, dal momento che
prendevano in considerazione solo gli effetti delle cose ma non le cause
(questa è una caratteristica costante di tutta la scienza tradizionale di
stampo prettamente Newtoniano).
Ma che cosa determina il collasso della “funzione d’onda
cerebrale”?
Non si tratta di un processo di misura o osservazione
come avviene nei normali processi quantistici, né della decoerenza per via
delle interazioni distruttive a livello quantistico che possono avvenire nel
cervello. Qui si tratta di un processo completamente diverso che ha le sue
radici nella gravità quantistica. Sembrerà strano, un collasso
gravito-quantistico all’interno del cervello sarebbe davvero una cosa buffa, ma
è reale ed è comprensibile una volta che si capisce il contesto fisico preciso
in cui essa avviene. Penrose ritiene che le sovrapposizioni quantistiche di
stati a livello delle tubuline nei microtubuli si manifestino come
“separazioni” a un livello molto elementare della realtà: l’ultima delle realtà
possibili, almeno in base alle più avanzate conoscenze di fisica teorica. Si
tratta proprio del campo di Planck, quella “zona” denominata anche “schiuma
quantistica” (o vuoto quantistico, che è solo un falso vuoto), dove il mondo
quantistico e il mondo relativistico finiscono per coincidere per forza, dal
momento che questo campo è al contempo materia-energia (soggetta a effetti
quantistici) e spazio-tempo.
Secondo la teoria della relatività, una massa ha la
caratteristica di incurvare lo spazio-tempo. Penrose ritiene che proprio la
gravità, generata dalla massa, sia importante per comprendere gli enigmi della
meccanica quantistica, e che la meccanica quantistica debba essere modificata
per lasciare spazio agli effetti della gravità, piuttosto che il contrario. E
il campo di Planck è il contesto ideale dove sviluppare questa fisica.
Roger Penrose ha infatti studiato a fondo il problema
dell’unificazione tra meccanica quantistica e relatività generale sotto forma
della sua teoria degli “spin network”, e proprio nel cervello avrebbe trovato
una zona ideale dove questa unificazione può avere luogo, solo che prima del
collasso della funzione d’onda (il momento di coscienza) è come se gli elementi
che forniscono coscienza al cervello si trovassero in uno stato di animazione
sospesa in un’altra dimensione: appunto il campo di Planck, con una lunghezza
caratteristica di 10-33 cm.
Cosa sono gli stati di sovrapposizione quantistica?
Cosa succede quando abbiamo gli stati di sovrapposizione
quantistica nell’orchestra di microtubuli entangled che animano il cervello?
Questi corrispondono a delle separazioni (o bolle) nello spaziotempo, e si
tratta di fattori che lo fanno collassare allo stesso modo in cui una massa
collassa in un buco nero. Quella “informazione sospesa” che caratterizza gli
stati di sovrapposizione, è quella che da Penrose viene denominata
“informazione protoconscia”. Essa risiede nel campo di Planck, ma Penrose
estende proprio a questa scala la teoria della relatività generale (in cui una
massa curva lo spazio tempo). In tal modo, arrangiamenti specifici di masse
come ad esempio quelle dei microtubuli, rappresentano allora configurazioni
specifiche della geometria dello spaziotempo.
Ma qui non ci troviamo attorno all’ergosfera di un buco
nero, ma in un ambiente microscopico e allora agli effetti relativistici vanno
aggiunti quelli quantistici: in tal modo la massa-energia delle tubuline nei
microtubuli incurva lo spazio-tempo, e quando le tubuline si trovano in stato
di sovrapposizione quantistica, questo nello spazio-tempo si manifesta come “separazioni”
della massa totale, che non è altro che un effetto simultaneo (per
entanglement) di curvatura spazio-temporale in opposte direzioni. In queste
circostanze una proteina come la tubulina viene a trovarsi in due stati
sovrapposti corrispondenti a due alternative curvature spazio-temporali: ciò
corrisponde esattamente a uno stato di sovrapposizione quantistica di 0 e 1.
Il cervello umano: un computer quantistico?
Si immagini il numero di tubuline che si trovano in
questo stato all’interno di un singolo microtubulo e al numero totale di
microtubuli nel cervello: avremo un numero spropositato di Qubit. Ma questa non
è altro che la manifestazione di un computer quantistico! Infatti, in fase di
sovrapposizione le tubuline comunicano con le altre tubuline entangled che si
trovano nello stesso microtubulo, negli altri microtubuli che si trovano nello
stesso neurone, e nei microtubuli dei neuroni vicini e poi attraverso regioni
macroscopiche del cervello. Ma tutti questi processi traggono la loro origine dalla
scala di Planck, ovvero dal vuoto quantistico! Sembra che il vuoto quantistico
sia una “zona” lontana da noi; in realtà si trova nello spazio interatomico,
cioè ovunque, e quindi anche nel nostro corpo e nei microtubuli. Ma
all’aumentare delle dimensioni di un dato sistema di sovrapposizioni
quantistiche come nel caso dell’immenso mare di microtubuli nel cervello, ci si
viene a trovare a un punto – un valore di soglia – in cui un “fattore
obiettivo” rappresentato dalla gravità quantistica del campo di Planck
determinerà il collasso di tutta questa sovrapposizione.
Sul piano di Planck – ovvero del vuoto quantistico – ciò
si manifesta quando una curvatura nello spazio-tempo diventa troppo grande:
finirà per collassare in uno stato o in un altro, sotto l’azione della gravità
stessa!
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L'intreccio nel mondo quantistico: dalle particelle alla
coscienza
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