Una volta che ti immergi nello studio della coscienza, ti imbatti presto nello spettro di Roger Penrose, il famoso fisico di Oxford con una teoria audace – e per molti, folle – sulle origini quantistiche della coscienza. Egli sostiene che dobbiamo superare le neuroscienze ed entrare nel misterioso mondo della meccanica quantistica per spiegare la nostra ricca vita mentale. Nessuno sa bene cosa pensare di questa teoria, sviluppata con l'anestesista americano Stuart Hameroff, ma la saggezza convenzionale dice più o meno così: la loro teoria è quasi certamente sbagliata, ma poiché Penrose è così brillante ("Una delle pochissime persone che ho incontrato nella mia vita e che, senza riserve, definisco un genio", ha detto il fisico Lee Smolin), saremmo sciocchi a scartare a priori la loro teoria.
Chi è Roger Penrose?
Penrose, 85 anni, è un fisico matematico che si è fatto un nome decenni fa con lavori innovativi sulla relatività generale e poi, lavorando con Stephen Hawking, ha contribuito a concettualizzare i buchi neri e le singolarità gravitazionali, un punto di densità infinita da cui potrebbe essersi formato l'universo. Ha anche inventato la "teoria dei twister", un nuovo modo per collegare la meccanica quantistica con la struttura dello spaziotempo. La sua scoperta di alcune forme geometriche conosciute come "piastrelle di Penrose" – un disegno ingegnoso di motivi non ripetitivi – ha portato a nuove direzioni di studio in matematica e cristallografia.
L'ampiezza degli interessi di Penrose è straordinaria, come risulta evidente nel suo recente libro Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe, un denso tomo di 500 pagine che sfida alcune delle teorie fisiche più alla moda ma ancora non dimostrate, dalle molteplici dimensioni della teoria delle stringhe all'inflazione cosmica nel primo momento del Big Bang.
Penrose non sembra preoccuparsi di essere etichettato come un anticonformista, anche se contesta l'etichetta per quanto riguarda il suo lavoro in fisica. Ma la sua teoria della coscienza spinge i limiti di ciò che è considerato scienza plausibile e ha lasciato i critici a chiedersi perché abbraccia una teoria basata su così poche prove.
Il mondo immateriale dei nostri pensieri e sentimenti
La maggior parte degli scienziati considera la meccanica quantistica irrilevante per la nostra comprensione del funzionamento del cervello. Tuttavia, non è difficile capire perché la teoria di Penrose abbia attirato l'attenzione. Gli esperti di intelligenza artificiale prevedono da decenni una sorta di cervello informatico, ma finora hanno poco da mostrare. E nonostante tutti i recenti progressi nel campo della neurobiologia, non sembriamo più vicini alla soluzione del problema mente-cervello di quanto lo fossimo un secolo fa. Anche se i neuroni, le sinapsi e i neurotrasmettitori del cervello umano potessero essere mappati completamente – il che sarebbe uno dei più grandi trionfi nella storia della scienza – non è chiaro se saremmo più vicini a spiegare come questa massa di tessuto umido genera il mondo immateriale dei nostri pensieri e sentimenti. Sembra che manchi qualcosa nelle attuali teorie della coscienza. Il filosofo David Chalmers ha ipotizzato che la coscienza possa essere una proprietà fondamentale della natura che esiste al di fuori delle leggi conosciute della fisica. Altri – spesso etichettati come "misteriani" – sostengono che l'esperienza soggettiva va semplicemente oltre la capacità di spiegazione della scienza.
La straordinaria teoria di Roger Penrose
La teoria di Penrose promette un livello di spiegazione più profondo. Parte dalla premessa che la coscienza non è computazionale e va oltre qualsiasi cosa che la neuroscienza, la biologia o la fisica possano ora spiegare. "Abbiamo bisogno di una grande rivoluzione nella nostra comprensione del mondo fisico per accogliere la coscienza", ha detto Penrose. "Il luogo più probabile, se non vogliamo uscire del tutto dalla fisica, è in questa grande incognita, vale a dire, dare un senso alla meccanica quantistica."
Si basa sulle proprietà di base dell'informatica quantistica, in cui i bit (qubit) di informazioni possono trovarsi in più stati, ad esempio nella posizione "acceso" o "spento", contemporaneamente. Questi stati quantistici esistono simultaneamente – la "sovrapposizione" – prima di fondersi in un unico calcolo, quasi istantaneo. La coerenza quantistica si verifica quando un numero enorme di cose, ad esempio un intero sistema di elettroni, agiscono insieme in uno stato quantistico.
L'inizio di tutto: l'idea di Hameroff
L'idea di Hameroff è che la coerenza quantistica avvenga nei microtubuli, strutture proteiche all'interno dei neuroni del cervello. E cosa sono i microtubuli? Sono strutture tubolari all'interno delle cellule eucariotiche (parte del citoscheletro) che svolgono un ruolo nel determinare la forma della cellula, così come i suoi movimenti, che includono la divisione cellulare, ovvero la separazione dei cromosomi durante la mitosi. Hameroff suggerisce che i microtubuli siano il dispositivo quantistico che Penrose stava cercando nella sua teoria. Nei neuroni, i microtubuli aiutano a controllare la forza delle connessioni sinaptiche e la loro forma a tubo potrebbe proteggerli dal rumore circostante del neurone più grande. La simmetria dei microtubuli e la struttura reticolare del loro spazio vuoto li renderebbero ideali per mantenere la coerenza quantistica. Se Penrose ha ragione, i microtubuli agiscono come un computer quantistico naturale, con la coscienza che si manifesta come una sorta di "collasso" di queste sovrapposizioni quantistiche nei microtubuli nel cervello.
Il "collasso" e la coscienza
Questo "collasso" è ciò che Penrose e Hameroff sostengono essere la base dell'esperienza soggettiva e della coscienza. Quando la coerenza quantistica si interrompe, la sovrapposizione di stati quantistici cessa e si verifica un fenomeno chiamato "collasso della funzione d'onda". La maggior parte dei fisici crede che sia una spiegazione troppo semplificata, ma è difficile sottolineare abbastanza quanto sia intrigante questa teoria. La premessa fondamentale è che la meccanica quantistica possa essere utilizzata per spiegare un fenomeno macroscopico, ossia la coscienza. Questo è molto diverso dalle interpretazioni tradizionali della meccanica quantistica, che di solito riguardano particelle subatomiche e sistemi microscopici.
La teoria di Penrose è vera?
Non ci sono prove convincenti che la coerenza quantistica possa esistere a livello macroscopico all'interno del cervello. Ciò è in parte dovuto al fatto che i microtubuli, nonostante siano state studiate da decenni, sono notoriamente difficili da studiare e dimostrare in vivo. Nessuno ha mai dimostrato con successo la coerenza quantistica nei microtubuli o in qualsiasi altra struttura biologica. Inoltre, ci sono molte ragioni per credere che i microtubuli non possano funzionare come computer quantistici. Per esempio, i microtubuli devono essere caldi e umidi per funzionare correttamente, mentre i computer quantistici devono essere freddi e isolati dall'ambiente circostante per mantenere la coerenza quantistica. E non è affatto chiaro come i microtubuli possano "collassare" la funzione d'onda in modo coerente.
Oltre i limiti
Quindi perché Penrose sta sprecando il suo prezioso tempo e reputazione su una teoria così folle? Penrose ha affermato che la sua teoria della coscienza è una sorta di sfida personale. "Mi sono sempre interessato alla natura della realtà, in particolare alla realtà fisica e matematica, e mi è sempre piaciuto spingere i limiti della comprensione umana il più lontano possibile", ha detto. "Ecco perché sono interessato a questa questione della coscienza: sembra essere il posto in cui le leggi della fisica incontrano le leggi del pensiero umano." Ma in realtà, Penrose ha dimostrato che il cervello può funzionare come un computer quantistico e ha elaborato una teoria coerente della coscienza.