Triangoli di Sierpiński

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La coscienza quantistica (1 di 2)

di Vincenzo Rampolla

Come senti la coscienza? Come la cogli e la avverti? E come si spiega? Dove sta di casa?

Domande fondamentali, tuttora aperte. Negli anni ’90, il fisico Roger Penrose, prima di ricevere nel 2020 il Premio Nobel per la Fisica per la sua intuizione sui buchi neri, ha condotto ricerche con Stuart Hameroff, medico, Direttore a Tucson del Centro Studi della Coscienza all’Università dell’Arizona. Insieme hanno escogitato una strabiliante risposta: il sistema neuronale del cervello costruisce una rete complessa e intricata, da cui si dirama la coscienza. Questa deve sottostare alle regole della meccanica quantistica, teoria fisica che descrive il comportamento della materia e della radiazione a livello atomico e subatomico.

Fantastica idea, a prima vista fantasiosa, per spiegare l’impenetrabile potere e complessità della coscienza umana. Penrose e Hameroff furono accolti con incredulità.

Le leggi della meccanica quantistica si applicano abitualmente a temperature molto basse, i computer quantistici, ad esempio, operano a -272°C. A temperature superiori comanda la meccanica classica e il corpo umano, lavorando a temperatura ambiente, non può che essere governato dalle leggi classiche della fisica. Per questo, quell’idea di coscienza quantistica è stata rigettata da molti scienziati, con altri comunque schierati a sostenerla.

Non c’è armonia tra fisica e cervello? E com’è fatto il cervello? Cosa contiene? È composto da neuroni, cellule che si combinano e si pensa che la loro attività generi la coscienza. Ogni neurone contiene microtubuli, che trasportano sostanze alle diverse parti di ogni cellula.

Cervello e Frattali. La teoria della coscienza quantistica di Penrose-Hameroff sostiene che i microtubuli siano strutturati in uno schema frattale che consentirebbe il verificarsi di processi quantistici. I frattali sono strutture che non sono né bidimensionali né tridimensionali, ma sono valori frazionari intermedi. In matematica, i frattali emergono come schemi che si ripetono all’infinito, generando ciò che è apparentemente impossibile: una struttura che ha un’area finita, ma un perimetro infinito. Potrebbe sembrare impossibile da visualizzare, in realtà i frattali esistono in natura, frequentemente. Osservando attentamente un cavolfiore (vedi foto), i rami di una felce o un fiocco di neve, si nota che sono costituiti dalla stessa forma di base ripetuta più volte, ma in scala sempre più ridotta, caratteristica chiave dei frattali.

La cosa si complica: che ha a che fare il cervello con i frattali, la matematica e la fisica?

Lo stesso accade analizzando l’interno del corpo umano: la struttura dei polmoni, ad esempio, è frattale, così come lo sono i vasi sanguigni nel sistema circolatorio. I frattali sono presenti anche nelle opere d’arte ripetute di Escher e di Jackson Pollock, e sono usati nella tecnologia, ad esempio nella progettazione di antenne. Tutti esempi di frattali classici, che rispettano le leggi della fisica classica, non della fisica quantistica.

Perché i frattali consentono di spiegare la complessità della coscienza umana? Perchè sono infinitamente intricati, consentono alla complessità di saltar fuori e di risaltare da semplici schemi ripetuti; possono essere le strutture che supportano le inaccessibili profondità della mente umana, ma reso possibile solo a livello quantistico, con infinitesime particelle che si agitano e vibrano secondo schemi frattali all’interno dei neuroni cerebrali. Per questo l’idea di Penrose e Hameroff è diventata scienza, una teoria della coscienza quantistica.

Coscienza Quantistica. Ammesso che esistano, non siamo ancora in grado di misurare il comportamento dei frattali quantistici nel cervello. Con una tecnologia avanzata possiamo però misurare i frattali quantistici in laboratorio. La loro conoscenza può fornire agli scienziati le basi per testare sperimentalmente la Teoria della Coscienza Quantistica.

In una recente ricerca una sequenza di elettroni è stata accuratamente organizzata secondo uno schema frattale: creiamo un frattale quantistico. Perché no!? Si è misurata la funzione d’onda degli elettroni con un microscopio a effetto tunnel (STM) capace di registrare il loro stato quantico e si è scoperto che anche gli elettroni si erano adattati alla dimensione frattale imposta da un modello fisico nuovo, creato per l’esperimento. Nel test lo schema usato sulla scala quantistica era il triangolo di Sierpiński (v.foto – genio matematico polacco, studioso della teoria degli insiemi, autore di 700 articoli e 50 libri) forma geometrica a metà strada tra mono e bidimensionale.

Si è anche capito che le tecnologie STM sono inadatte a sondare il moto delle particelle quantistiche e in una successiva ricerca della Shanghai Jiaotong University, con avanzati strumenti di fotonica di ultima generazione, i ricercatori hanno potuto registrare con massima precisione il moto quantistico che avviene all’interno dei frattali. Nell’esperimento sono stati iniettati fotoni in un chip artificiale di forma progettata in modo molto accurato, un minuscolo triangolo di Sierpiński. Bombardando fotoni sulla punta del triangolo si è osservata la loro diffusione nella sua struttura frattale in un processo chiamato trasporto quantistico. Si sono poi ripetuti centinaia di esperimenti su due diverse strutture frattali, entrambe a forma di quadrato e in ognuna si è visto chiaramente che i frattali quantistici interagivano in modo diverso da quelli classici.

Deduzione e risultato. Nel caso quantistico la diffusione della luce attraverso un frattale è retta da leggi diverse rispetto al caso classico e il diverso comportamento dei frattali quantistici potrebbe fornire agli scienziati le basi per testare sperimentalmente la teoria della Coscienza Quantistica. Misurazioni quantistiche prese sul cervello umano, potranno essere confrontate con i risultati per decidere definitivamente se la coscienza è un fenomeno classico o quantistico, con profonde implicazioni in tutti i campi scientifici.

Le analisi sul trasporto quantistico nelle strutture frattali progettate artificialmente, sono i primi passi verso l’unificazione di fisica, matematica e biologia. Possono contribuire ad arricchire la conoscenza del mondo che ci circonda, di quello celato nei lobi e anfratti della corteccia cerebrale e dei meccanismi con cui la materia grigia del cervello offre all’uomo la libertà e il godimento di scoprire, conoscere e essere consapevole delle proprie esperienze.

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Esempio di frattale tratto dalla natura                                       

(consultazione:   luglio 2021 a.guastella - https://www.reccom.org/coscienza-spiegata-dalla-fisica-quantistica )