Alla ricerca delle basi quantistiche della Coscienza Umana

Le nuove frontiere della biologia quantistica avanzano nel tentativo di indagare sulla coscienza umana.

Da oltre 20 anni sono impegnato in una ricerca che riguarda il rapporto tra l’Umanesimo & la Tecnologia, nell’ambito più generale delle scienze cognitive. Un campo di studio molto interessante e rilevante, specialmente considerando l’evoluzione rapida della tecnologia e il suo impatto sulla società e sulle scienze cognitive.

L’Umanesimo & la Tecnologia si concentrano sulla comprensione di come l’umanità possa trarre vantaggio dalla tecnologia senza perdere di vista i valori umani, l’etica e la consapevolezza delle implicazioni sociali. Nel contesto delle scienze cognitive, esplorare come le nuove tecnologie interagiscono con la mente umana è cruciale. Ad esempio, l’uso dell’intelligenza artificiale, della realtà virtuale e della tecnologia quantistica potrebbe aprire nuove prospettive nella comprensione delle capacità cognitive umane, delle emozioni e finanche della coscienza stessa.

La mente umana, con la sua complessità e il suo potenziale, è stata oggetto di studio e speculazione per secoli. Nel suo articolo “Guida ragionevole alla mente quantistica” Peppe Liberti, dottore di ricerca in fisica, ci introduce all’idea che la meccanica quantistica possa avere una qualche relazione con la mente umana: una questione dibattuta che ha radici nelle riflessioni di alcuni grandi scienziati del passato, come Wigner, Von Neumann e Bohm. Sebbene, negli ultimi anni, questa idea sia stata spesso abusata e sfruttata da individui che cercano di giustificare credenze irrazionali o di trarre vantaggio dall’aura di complessità associata alla fisica quantistica.

La meccanica quantistica è una teoria che descrive il comportamento delle particelle subatomiche e degli atomi in modi che spesso sfidano la nostra intuizione basata sull’esperienza quotidiana. Ad esempio, in questo mondo quantistico, l’atto di osservare un sistema può influenzarne l’esito, e questo concetto ha portato alcuni a speculare sul legame tra mente umana e fisica quantistica. Tuttavia, la maggior parte dei ricercatori e degli scienziati potremo dire: ortodossi?) ritiene che non ci siano prove sufficienti per sostenere una connessione diretta tra mente umana e meccanica quantistica. E le argomentazioni avanzate da pensatori come Roger Penrose, che suggeriscono una base quantistica per la mente umana, non hanno ottenuto un ampio consenso nella comunità scientifica.

Ma recentemente, c’è stato un crescente interesse nella biologia quantistica, che esplora l’applicazione della fisica quantistica ai processi biologici.

Questo interesse è stato alimentato dal progresso nella ricerca sull’informazione quantistica e nelle tecniche sperimentali che consentono l’osservazione delle dinamiche biologiche su piccole scale di tempo e lunghezze.

Cosa significherebbe se ci fosse una possibilità, almeno teorica, che la fisica quantistica – una teoria che governa il comportamento della materia su piccolissime scale – potesse giocare un ruolo cruciale nella comprensione della coscienza umana?

In questo articolo, esploreremo un’affascinante ipotesi che suggerisce che la fisica quantistica potrebbe essere coinvolta nella nostra percezione e nel nostro pensiero.

Il misterioso mondo quantistico

Prima di immergerci nell’ipotesi, è importante avere una comprensione di base della fisica quantistica. Questa teoria, sviluppata nel XX secolo, ha sconvolto la nostra visione del mondo. In breve, la fisica quantistica descrive il comportamento delle particelle subatomiche, come elettroni e fotoni, che sembrano sfidare la logica classica. Caratteristiche come la sovrapposizione, in cui una particella può esistere in più stati contemporaneamente, e l’entanglement, dove le particelle possono essere istantaneamente collegate indipendentemente dalla distanza, sfidano la nostra intuizione.

Il Cervello e la Fisica quantistica

L’idea che la fisica quantistica possa influenzare il cervello e la coscienza umana è allettante, ma come potrebbe accadere?

Il fisico teorico Matthew Fisher ¹ ha proposto una teoria intrigante. La sua ipotesi si basa su uno dei costituenti fondamentali del nostro corpo: il fosforo

Fisher suggerisce che gli atomi di fosforo, in particolare l’isotopo fosforo-31, potrebbero fungere da “qubit neurali”, unità di informazione quantistica nel cervello. Questi atomi, grazie alla loro struttura, potrebbero conservare informazioni in forma quantistica per tempi sorprendentemente lunghi. Ma come potrebbero essere manipolati?

Entanglement quantistico nel Cervello

Il mistero si approfondisce quando consideriamo l’entanglement quantistico. Fisher ipotizza che le reazioni chimiche nel cervello, come quelle coinvolte nella produzione di energia cellulare tramite ATP (adenosina-trifosfato), possano creare molecole Posner. Queste Posner molecole, composte da fosforo-31, potrebbero diventare entangled in pseudospin, uno stato quantistico che può persistere per lungo tempo.

Per comprendere meglio l’entanglement quantistico nel cervello, dobbiamo esaminare come alcune reazioni chimiche coinvolte nella produzione di energia cellulare tramite l’adenosina-trifosfato (ATP) potrebbero creare molecole Posner e come queste possano diventare coinvolte in pseudospin, uno stato quantistico duraturo.

1. Produzione di energia cellulare con ATP:

L’ATP è una molecola fondamentale nel nostro corpo, poiché funge da “batteria” chimica per alimentare molte reazioni biologiche. Quando il nostro corpo ha bisogno di energia, l’ATP viene “scaricato” trasformando il suo legame chimico in una forma di energia utilizzabile. Questa reazione coinvolge la rottura di legami tra i gruppi fosfato dell’ATP, creando così l’adenosina-difosfato (ADP).

2. Creazione di molecole Posner:

Secondo l’ipotesi di Fisher, durante questo processo di rottura degli legami dell’ATP, potrebbero essere create molecole Posner. Queste molecole sono costituite principalmente da atomi di fosforo-31. Il fosforo-31 è uno degli isotopi del fosforo e ha uno spin nucleare di 1/2, il che lo rende particolarmente interessante in quanto può essere coinvolto in entanglement quantistico.

3. Pseudospin e l’Entanglement quantistico:

Il pseudospin è uno stato quantistico che può sorgere quando particelle con spin 1/2, come i nuclei di fosforo-31 nelle molecole Posner, interagiscono tra loro. Questo pseudospin può diventare intrecciato, il che significa che lo stato quantistico di una particella è correlato in modo istantaneo allo stato dell’altra, anche se sono separate da distanze considerevoli. Questo fenomeno è noto come entanglement quantistico. L’entanglement quantistico delle molecole Posner potrebbe persistere per un periodo di tempo significativo, poiché i fosfori-31 sono relativamente isolati da fattori esterni che potrebbero causare la decoerenza (perdita di coerenza quantistica). Questo stato di pseudospin entangled potrebbe essere un’importante caratteristica delle molecole Posner nel cervello.

4. Possibili implicazioni:

L’entanglement quantistico delle molecole Posner potrebbe avere implicazioni significative per la funzione cerebrale. Se queste molecole possono influenzare processi biochimici nel cervello, compresi quelli legati all’attivazione dei neuroni, allora l’entanglement quantistico potrebbe giocare un ruolo chiave nella modulazione dell’attività neuronale. Questo potrebbe aprire la porta a una nuova comprensione della coscienza, poiché suggerisce che i fenomeni quantistici possono influenzare direttamente i processi biologici del cervello umano. Tuttavia, è importante notare che questa è ancora un’ipotesi in fase di studio e richiederà ulteriori ricerche per essere confermata o confutata. In ogni caso, l’idea dell’entanglement quantistico nel cervello ci ricorda quanto sia complesso e affascinante l’organismo umano e quanto ancora abbiamo da imparare sulla sua funzione più intima.

Un possibile ruolo nella Coscienza

Ma come tutto ciò potrebbe essere collegato alla coscienza? Fisher suggerisce che l’entanglement dei pseudospin potrebbe influenzare l’attività neuronale. Quando queste molecole Posner si dissociano e rilasciano ioni di calcio, potrebbero innescare processi biochimici nel cervello che portano all’attivazione dei neuroni. In effetti, ciò suggerisce un possibile meccanismo attraverso il quale lo stato quantistico potrebbe influenzare il nostro pensiero e la nostra percezione.

La connessione tra l’entanglement dei pseudospin e la coscienza è un aspetto affascinante e speculativo della teoria di Fisher. Se l’entanglement dei pseudospin fosse effettivamente coinvolto nell’attività cerebrale, potrebbe avere implicazioni significative per la coscienza umana. Vediamo come questa connessione potrebbe essere possibile:

1. Attivazione neuronale:

Fisher suggerisce che quando le molecole Posner nel cervello si dissociano e rilasciano ioni di calcio, questi ioni di calcio potrebbero innescare processi biochimici che portano all’attivazione dei neuroni. Gli ioni di calcio sono noti per svolgere un ruolo critico nella trasmissione sinaptica, il processo attraverso il quale segnali elettrici vengono trasmessi tra neuroni. L’attivazione dei neuroni è fondamentale per il funzionamento del cervello e può essere associata a processi cognitivi e percettivi.

2. Entanglement dei Pseudospin:

La parte intrigante di questa ipotesi è l’entanglement dei pseudospin all’interno delle molecole Posner. Se queste molecole Posner fossero coinvolte nell’attivazione neuronale e fossero in uno stato di entanglement quantistico, ciò significherebbe che l’attività neuronale stessa potrebbe essere influenzata da correlazioni quantistiche tra queste molecole. In altre parole, lo stato quantistico delle molecole Posner potrebbe “guidare” o modulare l’attività cerebrale.

3. Implicazioni per la Coscienza:

Se accettassimo questa ipotesi, potremmo immaginare che l’entanglement dei pseudospin potrebbe avere un ruolo nella modulazione delle reti neurali coinvolte nella coscienza. Questo aprirebbe la strada a diverse speculazioni:

Consapevolezza e Percezione: l’entanglement quantistico potrebbe influenzare direttamente la percezione sensoriale e la coscienza stessa, contribuendo alla nostra esperienza soggettiva del mondo.
Pensiero e Ragionamento: se l’attività cerebrale è influenzata dall’entanglement quantistico, potrebbe avere implicazioni per i processi di pensiero, il ragionamento e la risoluzione dei problemi.
Memoria e Apprendimento: l’entanglement dei pseudospin potrebbe anche giocare un ruolo nella formazione della memoria e nell’apprendimento, influenzando la plasticità sinaptica.

Tuttavia, è importante sottolineare che questa è ancora una teoria altamente speculativa e che non ci sono evidenze dirette a sostegno di questa idea. La comprensione della coscienza è uno dei misteri più grandi e affascinanti della scienza, e l’idea che possa essere collegata a fenomeni quantistici aggiunge un livello di complessità notevole. Per determinare se questa teoria è valida, saranno necessarie ulteriori ricerche scientifiche e sperimentazioni per stabilire se esistono effettivamente correlazioni quantistiche nel cervello umano e se queste hanno un impatto sulla coscienza. Fino a quando non avremo prove più solide, questa rimarrà una suggestiva ma speculativa ipotesi.

Verificare l’Ipotesi

È importante sottolineare che questa è ancora una teoria ipotetica. Tuttavia, Fisher suggerisce che esperimenti in vitro potrebbero testare la validità di questa ipotesi. Creare un ambiente controllato in cui le molecole Posner possono essere studiate potrebbe rivelare se l’entanglement quantistico tra reazioni chimiche ha un impatto sulle correlazioni neurali.

In conclusione, l’ipotesi che la fisica quantistica possa influenzare la coscienza umana è affascinante e audace. Mentre questa teoria è ancora in fase di verifica, potrebbe aprire nuove porte nella nostra comprensione della mente umana e portarci un passo più vicino a rispondere a una delle domande più profonde dell’umanità: cosa significa essere coscienti?

La ricerca continua, e la possibilità che la fisica quantistica giochi un ruolo nella nostra coscienza rimane una delle sfide più affascinanti e misteriose della scienza moderna.

In questo seminario tenuto recentemente per gli studenti di un liceo scientifico il prof. Paolo Silvestrini ² ci introduce all’argomento

Matthew Fisher è un fisico teorico americano e professore di fisica presso l’Università della California, Santa Barbara , ed è noto per numerosi importanti contributi alla fisica della materia condensata . Ha completato la sua laurea in fisica ingegneristica presso la Cornell University nel 1981 e ha conseguito un dottorato di ricerca. in fisica teorica presso l’ Università dell’Illinois a Urbana-Champaign nel 1986 con Anthony Leggett come suo relatore, con parte del suo lavoro svolto sotto la supervisione di Eduardo Fradkin . Ha continuato a diventare prima uno scienziato in visita e poi un membro dello staff di ricerca presso l’IBM TJ Watson Research Center (1986-1993). È entrato a far parte del Kavli Institute for Theoretical Physics e del dipartimento di fisica dell’Università della California nel 1993. Nel 2007 è entrato alla Station Q di Microsoft come fisico ricercatore, in congedo dal dipartimento di fisica dell’UCSB. Durante l’anno accademico 2009-2010 ha insegnato al Caltech, tornando al dipartimento di fisica dell’UCSB nell’estate 2010.
Ha ricevuto l’ Alan T. Waterman Award nel 1995 e nel 2015 ha ricevuto l’ Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize per il suo lavoro sulla transizione superconduttore-isolante. È stato eletto all’American Academy of Arts and Sciences nel 2003 e alla National Academy of Sciences nel 2012. È membro dell’American Physical Society . ↩︎
Paolo Silvestrini, si è laureato in Fisica nel 1984 presso l’Università di Napoli “ Federico II “ con 110/110 e lode. Nel 1985 e 1986 ha lavorato presso l’“Argonne National Laboratory” Argonne-Illinois- USA su un progetto per lo studio dell’effetto del rumore su dispositivi superconduttivi quali rivelatori di particelle. Dal 1986 fino al 2001 ha lavorato come ricercatore presso l’Istituto di Cibernetica del CNR svolgendo attività di ricerca presso il gruppo di Superconduttività nel campo della Struttura della Materia. Dal 1 Novembre 2001 è professore ordinario di Fisica presso la Seconda Università di Napoli. La sua attività di ricerca si svolge principalmente nel campo della Fisica Sperimentale in Struttura della Materia alle Basse Temperature, su dispositivi a stato solido del tipo Josephson e SQUIDs, in particolare nel campo della coerenza quantistica macroscopica e della computazione quantistica, in collaborazione con l’Istituto ISASI del CNR di Pozzuoli. Paolo Silvestrini è autore di oltre 100 lavori pubblicati in riviste e volumi internazionali e di vari brevetti su scala nazionale nel campo della Struttura della Materia. E’ autore di diverse monografie, una delle quali in collaborazione con Berardo Ruggiero e Anthony Leggett, premio Nobel per la Fisica 2003, dal titolo “Quantum Computing and Quantum Bits in Mesoscopic Systems” pubblicato dalla Kluwer Academic/Plenum Publishers, USA nel 2004. Recentemente ha pubblicato il saggio “Fisica Sincronica” con cui inizia a portare fuori dall’accademia la conoscenza delle basi della sua teoria ad un pubblico profano, nelle quali già si intravedono e si rivelano future applicazioni nel campo della meditazione per il wellness psico-fisico. ↩︎

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