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Fisica quantistica: verso una visione trascendente in scienza, uomo e ambiente

a cura di

silvia salese

 

 Il superamento del modello deterministico della scienza classica

La visione del mondo sviluppatasi nella nostra cultura fino ad oggi e che ha fatto da cornice a quella nota come la "scienza classica", fu formulata nelle sue linee essenziali intorno al ‘500; a partire da questo periodo infatti si sviluppò una visione del mondo che sarebbe sfociata in una vera e propria "rivoluzione scientifica", rivoluzione fondata su una descrizione matematica della natura e avente come obiettivo principale la predizione e il controllo, oltre che il dominio su di essa.

Cartesio (1596-1650) è considerato il vero e proprio fondatore della "filosofia scientifica"; a 23 anni egli sentì che lo scopo della sua vita sarebbe dovuto essere fondare un nuovo paradigma di scienza basato sulla verità assoluta, su una certezza che per lui era ottenibile utilizzando un metodo di studio analitico, ovvero scomponendo l’oggetto o il fenomeno che si desiderava prendere in esame in unità minimali per poi studiarne le proprietà e le relazioni.

Cartesio fece una distinzione tra "sostanza estesa" e "sostanza pensante", e credeva che tutte le cose che rientravano a far parte della prima categoria potessero essere comprese grazie al metodo analitico (ogni cosa, quindi, riscontrabile nel mondo fisico, gli animali e lo stesso corpo umano). L’intero universo era quindi considerato alla stregua di una grande macchina, di un grande "orologio", messo in moto originariamente da Dio e che continuava a muoversi in modo meccanico, sempre uguale.

Galileo (1564-1642) diede un forte contributo alla costruzione del paradigma scientifico classico, definendo, secondo lui, quali criteri dovesse soddisfare una teoria per essere considerata infallibile:

Osservare solamente le qualità oggettive dei corpi o dei fenomeni (come la forma, il movimento, l’estensione..).

Giungere all’ottenimento una teoria matematica generale in grado di spiegare e prevedere quantitativamente i fenomeni.

Poter essere verificata per mezzo dell’esperimento scientifico e riprodotta da chiunque (quindi, le sue caratteristiche, non dovevano in nessun modo dipendere dalle qualità soggettive dello sperimentatore).

Newton (1642-1727), definendo in termini matematici esatti il concetto di forza, diede un impulso fondamentale alla spiegazione meccanicistica dell’universo; egli considerò il metodo sperimentale e la valutazione critica dei risultati come il metodo fondante per giungere ad una comprensione scientifica (e quindi assolutamente corretta) della realtà.

Questo paradigma scientifico si basava sul postulato fondamentale che la materia fosse del tutto omogenea, che lo spazio e il tempo fossero entità assolute, e che le particelle materiali che si muovevano in esse fossero in moto grazie a determinate forze (come per Cartesio) originariamente create da Dio. La visione del mondo e della vita sfocia dunque nell’assoluto determinismo, visione che comporta l’assunzione secondo la quale, conoscendo tutte le variabili intervenenti in un fenomeno, sia possibile prevederne (e quindi anche controllarne) con esattezza l’andamento.

Uno dei primi, grossi, sconvolgimenti nella fisica e in tutto ciò che da allora era stato considerato come esatto in maniera "assoluta", fu apportato all’inizio del 1900 da Albert Einstein, il quale, con la teoria della relatività ristretta, mise in luce che lo spazio e il tempo non fossero affatto entità assolute, come fino ad allora furono considerate, ma che dipendessero da un sistema di riferimento attraverso il quale le si esperisce.

Egli partì dalla considerazione che la velocità della luce, in qualsiasi sistema di riferimento si ponga un misuratore, viaggerà sempre alla stessa velocità (circa 300.000 km/sec); questo fatto implica che le misure del tempo in un sistema di riferimento siano diverse da quelle di un altro sistema, così come le misure dello spazio. Viene così introdotta una quarta dimensione: la dimensione spaziotemporale, relativa, quindi, dal sistema di riferimento attraverso il quale la si osserva.

Nel 1915, a completamento di questa teoria, Einstein formulò la teoria della relatività generale, secondo la quale lo spazio-tempo, che regola le leggi del moto degli oggetti in esso contenuti, assuma un grado di curvatura dipendenti dalla massa degli oggetti stessi: spazio, tempo e massa diventano quindi quantità interdipendenti.

Oltre ad altri importanti contributi nell’ambito della fisica, fondante per lo sviluppo della meccanica quantistica fu il modello atomico elaborato da Rutherford; egli evidenziò che il volume dell’atomo è quasi interamente costituito da spazio vuoto, al cui centro si trova il nucleo, intorno al quale orbitano, a velocità estremamente elevate, gli elettroni: ciò che conferisce all’atomo un aspetto "solido" è proprio questo movimento, questa velocità.

Successivamente, Bohr formulò un modello dell’atomo in cui l’elettrone si poteva muovere solo su alcune orbite, in particolare su quelle che soddisfacevano le condizioni di quantizzazione delle particelle (un quanto è una quantità minima e indivisibile di energia che può assumere, in questo caso, la particella).

Intorno agli anni ’20, al fine di risolvere altre questioni lasciate aperte dal modello di Rutherford, Bohr organizzò un gruppo di studio nella sua città, Copenaghen. Insoddisfatto di alcune ipotesi sviluppate da questo gruppo, e stimolato nello stesso tempo da queste, Schrodinger sviluppò la teoria della meccanica ondulatoria, secondo la quale l’elettrone all’interno dell’atomo forma un’onda "vibrante", un’onda chiamata oggi in chimica nuvola elettronica.

Nel 1926 Born osservò che questa nuvola non appariva come un’insieme di onde "fisiche", come le onde dell’acqua o le onde acustiche, ma come un’onda di probabilità, onda in cui quindi la particella (l’elettrone) si manifestava contemporaneamente come onda e come particella. Questa straordinaria scoperta fu espressa sotto forma di equazione da Heisenberg, contributo che introdusse il concetto di probabilità in fisica e che segnò la fine del determinismo assoluto.

Tutto questo porta dunque alla considerazione che, finché non le si osservano, le particelle subatomiche esistono in tutti gli stati possibili (corpuscolare e ondulatorio), in quanto prima della misurazione non hanno uno stato oggettivo né una posizione definita: nella fisica atomica non si può dunque parlare del fenomeno osservato senza parlare al contempo di sé stessi.

La fisica delle particelle mise in evidenza uno strano fenomeno che sembrava responsabile di una sorta di "comunicazione a distanza" tra di esse; questa proprietà è oggi nota come non-localismo, e descrive come, ad esempio, il cambiamento di spin di un protone generi istantaneamente la stessa inversione in un protone gemello anche a distanze enormi.

Lo studio di quello che si considerava "spazio vuoto" inoltre, metteva in evidenza l’esistenza di fenomeni decisamente particolari, come ad esempio la creazione e l’annichilazione di alcune particelle in esso apparentemente "dal nulla"; "lo spazio appare vuoto solo perché il processo incessante di creazione e distruzione si verifica su intervalli temporali e distanze brevissimi" (Pagels; citato in Coppola, 2002), in realtà lo spazio vuoto è rigonfio di attività, attività resa possibile solo se consideriamo tale campo come "serbatoio" per tutti i campi e per tutti i fenomeni.

I diversi tipi di forza che agiscono nel Campo sono essenzialmente riconducibili alle quattro fondamentali: la forza nucleare forte, nucleare debole, elettromagnetica e gravitazionale; la fisica moderna sta attualmente andando nella direzione atta a dimostrare come tutte queste siano in realtà aspetti diversi di una singola forza, la forza del Campo Unificato. La prima unificazione dimostrata è stata quella tra forza nucleare debole (che si esercita tra determinate particelle elementari e che si manifesta nel decadimento radioattivo b ) e la forza elettromagnetica (che agisce solo tra corpi dotati di carica elettrica, alla base quindi dei fenomeni chimici e biologici); la forza risultante è chiamata elettrodebole, e fu verificata sperimentalmente da Rubbia nel 1983.

L’unione della forza nucleare forte (che agisce all’interno dei nuclei atomici tenendo insieme protoni e neutroni) con quella elettrodebole è stata ipotizzata dalla GTU (Grand Unification Theory); la sua dimostrazione diretta, per via delle altissime energie coinvolte, non è praticabile in laboratorio, ma le prove indirette di questa matrice comune sono già state fornite.

Esistono già teorie di unificazione totale, che quindi integrano anche la forza di gravità (che agisce su tutti i corpi tranne quelli privi di massa) in un’unica superforza: una di queste è la "teoria della matrice S" (la quale è alla base filosofica dell’approccio del bootstrap di cui parla F.Capra), un’altra è nota come teoria della supercorda (si vedano ad esempio i lavori di S.Hawking).

In linea generale, le teorie della fisica moderna promuovono una visione del mondo altamente armoniosa, simmetrica, in cui la consapevolezza umana diventa il principio ordinatore di tutto ciò che in esso viene osservato. Da qualche decennio alcuni centri di ricerca in tutto il mondo si sono chiesti fino a che punto (e come) in effetti la consapevolezza sia responsabile di tutto ciò che viene esperito. La domanda a questo punto è: possono le qualità osservate a livello subatomico estendersi al mondo macroscopico?

 

- Il progetto PEAR

A partire dagli anni ’70 il Preside della facoltà di Ingegneria dell’università di Princeton, Robert Jhan, aiutato dalla psicologa Brenda Dunne di Chicago, avviò un programma di studio sugli eventi "anomali", dando vita al progetto PEAR (Princeton Engineering Anomalies Research).

Fu progettato un particolare dispositivo, chiamato REG (Random Event Generator), un generatore di eventi casuali, che da un punto di vista logico costituiva l’equivalente di un lancio di moneta, con la probabilità di (circa) il 50% di dare croce e del 50% di dare testa (il lancio nel REG sfruttava, per il suo funzionamento, interazioni fisiche sottili, e cioè il movimento di particelle microscopiche).

I dispositivi di sicurezza garantivano che qualsiasi deviazione significativa dalla media non sarebbe stata causata da nessuna anomalia elettronica, ma solo da qualche altro fattore che avrebbe agito su di esso.

Negli esperimenti condotti per questo progetto, alcuni soggetti venivano fatti sedere di fronte al dispositivo e veniva data loro la consegna di, semplicemente, "sperare" che il REG producesse più eventi "croce" di "testa" (che vengono chiamati, rispettivamente, eventi "1" e "2").

Gli studi compiuti nell’arco di tempo di 12 anni, per un totale di 2 milioni e mezzo di tentativi, hanno mostrato che in effetti si produceva un piccolo, ma significativo spostamento nella direzione voluta, che ha la probabilità di essere casuale (e non prodotta quindi dall’influenza esterna ad opera del soggetto) dello 0,007% . I risultati dell’esperimento sono stati pubblicati nel 1997 sul Journal of Scientific Exploration.

Dopo qualche anno fu introdotto una specie di "rinforzo" nell’esperimento, al fine di dare un feedback al soggetto dell’andamento del REG; "l’idea", scrive McTaggart, "era che gli operatori volessero che la macchina mostrasse più un’immagine dell’altra. (…) Un’immagine attraente avrebbe agito come incentivo: cioè saresti stato "premiato" per la tua intenzione vedendo di più l’immagine che preferivi". In questo modo però i risultati migliori furono ottenuti utilizzando immagini che si rivolgevano volutamente all’inconscio: immagini archetipiche, ritualistiche e religiose. Qualcosa, al di sotto della mente cosciente, sembrava dunque influenzare in misura significativa l’andamento del REG, e non l’intenzione propriamente consapevole.

 

- Verso la natura della coscienza

Per quasi trent’anni, per mezzo di esperimenti che coinvolgevano topi addestrati a determinati percorsi, Karl Lashley, neurofisiologo, cercò di rintracciare gli engrammi, ossia le specifiche locazioni cerebrali in cui sono immagazzinate le memorie.

Grazie alle sue osservazioni divenne evidente che, persino quando veniva danneggiata le maggior parte del cervello, fino a compromettere anche le abilità motorie, i topi continuavano a ricordare il percorso appreso.

Karl Pribram, neurochirurgo, stimolato dalle ricerche di Lashley, iniziò a pensare che se non esisteva una specifica locazione per la memoria, probabilmente non ne esisteva alcuna nemmeno per gli altri processi cognitivi, e cioè per tutto ciò che consideriamo percezione.

Dopo aver condotto numerosi studi, Pribram concluse che il cervello dovesse in qualche modo "leggere" l’informazione trasformandola in schemi di interferenza di onde, per poi trasformarla nuovamente in immagine virtuale, alla stregua del funzionamento di un ologramma laser; questa spiegazione sarebbe stata efficace anche per spiegare la memoria e come questa possa essere effettivamente distribuita ovunque.

Si fece strada l’idea che la percezione sia il risultato di una complessa lettura e trasformazione dell’informazione a diversi livelli di realtà, per cui noi non vediamo gli oggetti per come sono ma ne percepiamo solamente determinati aspetti, e precisamente quelli in "sincronia" con le onde cerebrali.

È intuibile come questa concezione dell’estrinsecazione dell’atto percettivo possa in qualche modo avere a che fare con la visione "sovrapposta" e complessa della realtà messa in luce dalle osservazioni della fisica quantistica, tanto più che da studi successivi è risultato che l’attività elettrica del cervello, a livello dei microtubuli cerebrali (strutture intracellulari che compongono la parte interna dei dendriti e dei neuroni del cervello), sia possibile grazie a processi quantistici interni (Hameroff,1987; Insinna,1998; Satinover, 2001).

Diventa chiaro dunque che al fine di una più approfondita spiegazione di "come" e "cosa" percepiamo, ci si debba concentrare sugli studi circa la natura e il funzionamento della coscienza, vero e proprio principio ordinatore della realtà.

 

- L’apporto della fisica moderna

L’ipotesi meccanicistica che, dalla scienza, si è ovviamente estesa fino a portare ad una concezione deterministica in tutti i campi che ci riguardano (si pensi all’ambito medico ed economico ad esempio), ha permesso di fare molte utilissime scoperte (oltre che a rendere possibile lo sviluppo della tecnologia), ma ha anche promosso una visione desolante, fredda e impersonale della realtà, realtà in cui l’uomo è concepito come un intruso. Questa visione di certo non rende giustizia a ciò che straordinariamente rappresenta l’acquisizione di una coscienza nell’uomo, che gli rende possibile la percezione consapevole di tutte le cose e che lo distingue dalla materia inerte e dagli animali.

La fisica quantistica ha in un certo senso "restituito" una posizione attiva e fondamentale all’uomo nell’acquisizione della conoscenza, conferendo senso alla questione del libero arbitrio in tutti i campi del sapere. La grossa rivoluzione da essa apportata rispetto alla scienza classica, è stata rivelare il ruolo cruciale della coscienza umana nel processo di osservazione, per cui non ha più senso parlare di "verità" assolute, quanto piuttosto di "corretti punti di vista" rispetto al sistema di riferimento in cui ci si pone.

Oltretutto, i più recenti studi sulla natura e sulle proprietà del Campo, sembrano convergere verso una descrizione olistica della natura stessa, comprensibile in funzione di totalità integrate e non più attraverso il metodo analitico, per cui sembra che la realtà sia molto di più, e molto più complessa, della somma delle parti che la compongono.

L’ottica filosofica promossa dalla fisica moderna, ed oggi sempre più approfondita e comunicata dagli stessi fisici (si vedano, a titolo di esempio, i lavori di F.Coppola e di F.Capra), ha inoltre molto a che fare con quella della tradizione orientale, come quella descritta dai testi sapienziali cinesi (come l’ I Ching) o indiani (come i Veda).

Tale concezione promuove la condivisione e il confronto, all’interno degli stessi paradigmi scientifici, l’attribuzione di senso e importanza del ruolo dell’essere umano e quindi della soggettività in tutti i campi, del sapere e della vita, oltre che del rispetto e del senso dell’ecologia.

Grazie alla fisica moderna possiamo ritenere di avere il "lasciapassare" da parte della scienza della natura per eccellenza, per la promozione di queste considerazioni e di questi valori, che ben si prestano ad un universo così inteso.

Concludo il mio intervento, che non è che un sommario parziale di ciò che è accaduto e che sta accadendo nella scienza, con un passo, citato da Capra ne "Il punto di svolta", dell’ I Ching:

 

Dopo un tempo di declino viene il punto di svolta.La luce intensa che era stata scacciata ritorna.

C’è movimento, ma non è determinato per violenza…Il movimento è naturale, sorge spontaneamente. Perciò la trasformazione di ciò che è invecchiato diventa facile. Il vecchio

viene rifiutato e ad esso subentra il nuovo. Entrambe le misure sono in accordo con il tempo;

perciò non ne risulta alcun danno.

 

 

Bibliografia

 

F. Capra, Il tao della fisica, Adelphi 1982.

Il punto di svolta, Feltrinelli 1984.

L. McTaggart, Il campo del Punto Zero, Macro Edizioni 2003.

F. Coppola, Ipotesi sulla realtà, Lalli Editore 1995.

Il segreto dell’universo, Istituto Scienzia 2002.

(le opere di Coppola sono disponibili anche su Internet! Si vedano i siti www.ipotesi.net e www.segreto.net)

J. Satinover, Il cervello quantico, Macro Edizioni 2002.

W. Heisenberg, Fisica e Filosofia, Il Saggiatore 1961.

S. Hawking, L’universo in un guscio di noce, Mondadori 2002.

A. Einstein, Come io vedo il mondo, Newton Compton 1975.

G. Rosati, La grande rivelazioneScienza e Misticismo, Milesi.

D. Chopra, Guarirsi da dentro, Sperling Paperback 1992.

 

 

Altre sommarie spiegazioni circa, ad esempio, l’esperimento della doppia fenditura nella fisica delle particelle, l’esperimento dei protoni gemelli o dell’effetto "tunnel" a livello dei microtubuli cerebrali di cui ho parlato a lezione, possono essere forniti dal mio intervento nel 2002, disponibile sempre sullo spazio dedicato agli studenti del Prof. Merciai.

Per questioni come richieste di approfondimenti, reperimento della bibliografia, confronti, critiche, suggerimenti o altro, invito a scrivermi all’indirizzo[email protected]