Università degli Studi di Torino
Facoltà di Psicologia
Anno accademico 2002-2003

Corso di Psicosomatica

Materiali per il corso a cura degli studenti:

La fisica quantistica

a cura di silvia salese


Ultimo aggiornamento: lunedì 13 aprile 2015 17.26

LA NUOVA FISICA

Le scoperte della fisica moderna resero indispensabili profondi cambiamenti in concetti quali spazio, tempo, materia, oggetto, causa, effetto, ecc., e poiché questi concetti sono fondamentali per il nostro modo di conoscere il mondo, non sorprende che i fisici, quando furono costretti a modificarli, si sentissero profondamente disorientati… Tale disorientamento spiega il perché del fatto che, quella che potrebbe essere la più grande rivoluzione scientifica di tutti i tempi, sia passata per lo più inosservata agli occhi del grosso pubblico.

 

LA FISICA CLASSICA

La concezione del mondo che fu trasformata dalle scoperte della fisica moderna era costituita sulla base del modello meccanicistico newtoniano dell’universo che sorresse graniticamente tutta la scienza e che per quasi tre secoli offrì una solida base alla filosofia naturale.

Lo scenario dell’universo newtoniano nel quale avevano luogo tutti i fenomeni fisici era lo spazio tridimensionale della geometria euclidea classica: uno spazio assoluto, sempre immobile ed immutabile. Tutti i mutamenti che si verificano nel mondo fisico erano descritti in funzione di una dimensione separata, chiamata tempo, anch’essa assoluta, che non aveva alcun legame con il mondo materiale e che fluiva uniformemente dal passato al futuro, attraverso il presente. Gli elementi che si muovevano in questo spazio e in questo tempo assoluti erano le particelle materiali. Nelle equazioni matematiche queste venivano trattate come “punti materiali” e Newton le considerava oggetti piccoli, solidi e indistruttibili dei quali era costituita tutta la materia.

Questo modello era del tutto simile a quello degli atomisti greci, ma la differenza fondamentale è che l’ atomismo di Newton contiene una precisa descrizione della forza che agisce tra le particelle materiali: la forza di gravità, strettamente legata ai corpi sui quali agiva e la cui azione si manifestava istantaneamente a qualsiasi distanza.

 Secondo Newton, all’inizio Dio creò le particelle materiali, le forze che agiscono tra esse e le leggi fondamentali del moto; in questo modo tutto l’universo fu posto in movimento e da allora ha continuato a funzionare, come una macchina, governato da leggi immutabili. Con rigoroso determinismo, tutto ciò che avveniva aveva una causa definita e dava luogo a un effetto definito e, in linea di principio, si sarebbe potuto prevedere con certezza il futuro di una parte qualsiasi del sistema se si fosse conosciuto in un qualsiasi istante il suo stato in tutti i suoi particolari.

La base filosofica di questo determinismo rigoroso era la fondamentale divisione tra l’Io e il mondo introdotta da Cartesio.

Laplace  riuscì a spiegare i moti dei pianeti, della luna e delle comete fin nei minimi particolari, e mostrò che le leggi formulate da Newton assicuravano la stabilità del sistema solare e trattò l’universo come una macchina capace di autoregolarsi perfettamente.

Meno di cento anni più tardi fu scoperta una nuova realtà fisica che rese evidenti i limiti del modello newtoniano e mostrò che nessuno dei suoi aspetti aveva validità assoluta.

Questa presa di coscienza non si verificò istantaneamente, ma fu avviata da avvenimenti che erano già iniziati nel diciannovesimo secolo.

Quando Faraday, muovendo una calamita vicino a una bobina di rame, produsse in essa una corrente elettrica, convertendo così in energia elettrica il lavoro meccanico necessario per muovere la calamita, egli portò la scienza e la tecnologia a una svolta decisiva. Il suo esperimento costituì la base dei successivi sviluppi teorici suoi e di Maxwell  che, alla fine, diedero luogo a una teoria completa dell’elettromagnetismo.

Essi sostituirono il concetto di forza con quello di campo di forze: invece di interpretare l’interazione tra una carica positiva e una negativa dicendo semplicemente che le due cariche si attraggono tra loro, come avviene per due masse nella meccanica newtoniana, Faraday e Maxwell trovarono più appropriato dire che ogni carica crea nello spazio circostante “una perturbazione”, o una “condizione”, tale che un’altra carica, se presente, avverte una forza. Questa condizione dello spazio che ha la capacità di produrre una forza è chiamata campo; essa è generata da una singola carica ed esiste indipendentemente dal fatto che un’altra carica sia o meno presente nel campo e ne avverta l’effetto. Il campo ha dunque una sua realtà e può essere studiato senza alcun riferimento ai corpi materiali.

Il punto più alto raggiunto da questa teoria, chiamata elettrodinamica, fu la comprensione del fatto che la luce non è altro che un campo elettromagnetico rapidamente alternante e che si sposta nello spazio sotto forma di onda.

 

LA FISICA MODERNA

Agli inizi della fisica moderna si erge la straordinaria impresa intellettuale di un solo uomo: Albert Einstein.

Einstein era profondamente convinto dell’armonia della natura e cominciò a muoversi verso una fondazione unificata della fisica costruendo una struttura teorica comune per l’elettrodinamica e per la meccanica, le due teorie distinte della fisica classica. Questa struttura, nota come teoria della relatività speciale, comportava drastici cambiamenti nei concetti tradizionali di spazio e tempo; essi, secondo questa teoria, sono strettamente connessi e formano un continuo quadridimensionale, lo “spazio-tempo”. Perciò, nella teoria della relatività, non si può mai parlare dello spazio senza parlare del tempo e viceversa; essi diventano soltanto elementi del linguaggio che un particolare osservatore usa per descrivere i fenomeni dal proprio punto di vista.

La modificazione dello spazio e del tempo comporta come principale conseguenza la comprensione che la massa non è altro che una forma di energia.:

la forza di gravità dei corpi dotati di massa, secondo la teoria di Einstein, ha l’effetto di “curvare” lo spazio e il tempo. Ciò significa che l’ordinaria geometria euclidea non è più valida in questo spazio curvo. Ovunque si presenti una massa lo spazio circostante è curvo e il grado di curvatura dipende dalla massa dell’oggetto, e poiché nella teoria della relatività lo spazio non può mai essere separato dal tempo, anche il tempo è influenzato dalla presenza della materia e scorre dunque con ritmi differenti in punti diversi dell’universo.

Non solo per la teoria di Einstein tutte le misure riguardanti lo spazio e il tempo sono relative, ma l’intera struttura dello spazio-tempo dipende dalla distribuzione della materia nell’universo.

Siamo dunque in un momento in cui non ha più senso parlare di “spazio vuoto” in astrofisica e in cosmologia, le scienze dell’universo su larga scala, mentre il concetto di corpo solido è stato spazzato via, come vedremo,  dalla fisica atomica, la scienza dell’infinitamente piccolo.

Al volgere del secolo, furono scoperti numerosi fenomeni in rapporto alla struttura degli atomi e inspiegabili in termini di fisica classica. La scoperta del fenomeno della radioattività innanzitutto, diede una prova definitiva della natura composta degli atomi, mostrando che gli atomi delle sostanze radioattive non solo emettono vari tipi di radiazione, ma si trasformano anche in atomi di sostanze completamente differenti. Ernest Rutherford si rese conto che le cosiddette particelle alfa emesse dalle sostanze radioattive erano proiettili ad alta velocità e di dimensioni subatomiche, utilizzabili per esplorare  l’interno dell’atomo: potevano infatti essere lanciate contro gli atomi e dal modo in cui ne fossero state deviate si sarebbero potute trarre conclusioni sulla struttura degli atomi stessi. Quando Rutherford ci provò scoprì che, ben lungi dall’ essere particelle dure e solide come si riteneva che fossero nell’antichità, gli atomi risultarono costituiti da una vasta regione di spazio nella quale particelle estremamente piccole –gli elettroni- si muovevano attorno al nucleo, legati a esso da forze elettriche. Negli anni Venti un gruppo internazionale di fisici che comprendeva il danese Niels Bhor, il francese  Louis de Broglie, gli austriaci Erwin Schrodinger e Wolfgang Pauli, il tedesco Werner Heisenberg e l’inglese Paul Dirac, chiarirono che queste particelle non erano affatto simili agli oggetti solidi della fisica classica.  In particolare essi dimostrarono che gli atomi riescono ad assorbire o liberare energia solo in forma di pacchetti discreti chiamati quanti (da qui il nome di Meccanica Quantistica).

Le unità subatomiche della materia sono entità molto astratte che presentano un carattere duale. A seconda di come le osserviamo, ora sembrano particelle, ora onde; e questa natura duale è presente anche nella luce, che può assumere l’aspetto di onde elettromagnetiche o di particelle. Bhor chiamò complementarietà il dualismo manifestato dalla materia nei processi di misura, per cui nel corso della misurazione sarà possibile misurare o la posizione o la velocità, o l’aspetto ondulatorio o l’aspetto corpuscolare di una particella, mai entrambe le cose contemporaneamente; esse sono complementari.

Un’altra conseguenza di questo assunto è che, a livello subatomico, la materia non si trova con certezza in luoghi ben precisi, ma mostra piuttosto una “tendenza a trovarsi” in un determinato luogo, e gli eventi atomici non avvengono con certezza in determinati istanti e in determinati modi, ma mostrano una “tendenza ad avvenire”. Ne consegue che non possiamo mai prevedere con certezza un evento atomico: possiamo solo dire quanto è probabile che esso avvenga.

La meccanica quantistica rivela una fondamentale unità dell’universo: mostra che non possiamo scomporre il mondo in unità minime dotate di esistenza indipendente; non esiste nessun “mattone fondamentale” isolato, ma ci appare piuttosto come una complessa rete di relazioni tra le varie parti del tutto che includono sempre l’osservatore come elemento essenziale.

Tale concezione di unità dell’ universo deriva più direttamente dalla teoria del “non-localismo”, secondo la quale tutte le manifestazioni dell’universo sono riconducibili ad un’unica entità che viene chiamata Campo energetico unificato. La scienza scoprì infatti che se dividiamo un protone, otteniamo due protoni gemelli. Se poniamo uno dei due protoni nel cielo di Roma e l’altro nel cielo di Tokio, noteremo che l’uno avrà una rotazione contraria a quella dell’altro. Ora, se  interveniamo soltanto sul protone collocato nel cielo di Roma e invertiamo la sua rotazione (spin), noteremo che anche il protone nel cielo di Tokio, pur non essendo minimamente manipolato, inverte la sua rotazione. Questa inversione avviene istantaneamente, alla velocità del pensiero.

Subito dopo la formulazione della meccanica quantistica, divenne chiaro che una teoria completa dei fenomeni nucleari non solo doveva essere una teoria quantistica, ma doveva anche tenere conto della teoria della relatività, dato che le particelle confinate in uno spazio di dimensioni piccole come quelle dei nuclei spesso si muovono con velocità che si avvicina a quella della luce.

La teoria di Dirac non solo ebbe uno straordinario successo nello spiegare la struttura fine dell’atomo, ma rivelò anche una simmetria fondamentale tra materia e antimateria. Quando due particelle si scontrano con energie elevate, affermò Dirac, si frantumano in più parti, ma queste non sono più piccole delle particelle originarie. Sono ancora particelle dello stesso tipo,  prodotte a spese dell’ energia di moto (energia cinetica) coinvolta nel processo d’urto, distruttibili e indistruttibili allo stesso tempo. Questo stato di cose è destinato a rimanere un paradosso fino a quando continuiamo ad assumere un punto di vista statico secondo cui gli “oggetti” sono formati da  “mattoni elementari”. Solo quando si assume un punto di vista dinamico, relativistico, il paradosso scompare.

La teoria della relatività non solo ha modificato drasticamente la nostra concezione delle particelle, ma ci mostra anche che forza e materia hanno la loro comune origine nelle configurazioni dinamiche che chiamiamo particelle.

Nella fisica moderna, l’universo appare quindi come un tutto dinamico, inseparabile, che comprende sempre l’osservatore in modo essenziale. Nell’esperienza che se ne può avere i concetti tradizionali di spazio e tempo, di oggetti isolati e di causa ed effetto, perdono il loro significato. Tale esperienza è molto simile a quella dei mistici orientali. La somiglianza diventa evidente nella teoria della relatività e nella teoria quantistica, e si fa ancora più forte nei modelli “quantico-relativistici” della fisica subatomica, ottenuti combinando entrambe queste teorie, nei quali si producono le corrispondenze più sorprendenti con il misticismo orientale.

 

FISICA MOLECOLARE E COSCIENZA

La fisica molecolare si domanda oggi se esistono delle particelle che possano essere considerate i mattoni della Coscienza. Questa domanda ne presuppone ovviamente un’altra : esistono delle particelle subatomiche dotate anch’ esse di coscienza? La domanda non è assurda; ogni individuo umano è costituito da molecole, le quali a loro volta sono costituite da atomi che vengono costruiti con delle particelle elementari. Ebbene, se gli uomini hanno una coscienza, questa non può che scaturire dai suoi costituenti fisici primordiali.

Le domande che i fisici moderni si pongono nascono dai risultati di un esperimento. Se si cerca di far passare una particella-onda attraverso la fessura di uno schermo, questa inevitabilmente la attraverserà sotto forma di corpuscolo. Se le fessure sono due, la particella, nonostante sia ancora orientata verso la prima fessura, passerà attraverso tutti i e due i fori sotto forma di onda. Il fotone o l’elettrone, in altre parole, assumono un atteggiamento intelligente in rapporto alle condizioni poste dallo sperimentatore. Attraverso diversi esperimenti si giunge alla conclusione che la particella non solo conosce se entrambi i fori sono aperti, ma anche se noi la osserviamo e quindi è in grado di adeguare di conseguenza il suo comportamento.

L’interpretazione del mondo quantistico così come viene sostenuto da alcune scuole come quella di Copenaghen, fa pensare che sia l’atto di osservare un sistema che lo forza a divenire reale. Secondo un certo punto di vista, nel momento in cui l’elettrone viene sparato, esso scompare e viene sostituito da una nube di elettroni fantasma. Ogni elettrone fantasma (il fantasma non è altro che un’onda) segue una direzione diversa verso lo schermo. Questa nube fantasma esiste e funziona solo se non viene osservata. Nel momento in cui viene osservata soltanto un elettrone sopravvive, mentre gli altri fantasmi si dissolvono nel nulla. L’elettrone che sopravvive si materializza come un elettrone reale per l’osservatore.

Tutto questo ci conduce ad una deduzione: la nostra coscienza potrebbe interferire con il Campo Unificato in maniera tale da indurlo a creare qualcosa che parte dalla nostra stessa mente… Naturalmente, pur se formulata da eminenti fisici, si tratta solamente di una teoria.

Dice il noto fisico David Bohm: “Se si potrà dimostrare che esistono effettivamente dei legami tra i processi quantistici e quello del pensiero, allora molte cose del pensiero potranno essere spiegate in modo del tutto naturale”

 

FISICA DELLA MENTE: ULTIMA FRONTIERA

Oggi si arriva a ipotizzare che il fenomeno della coscienza possa essere la conseguenza di movimenti di elettroni all’interno dei microtubuli delle proteine che costituiscono ogni organismo vivente. Sembra infatti che le proteine approfittino direttamente degli effetti quantici per compiere attività che altrimenti sarebbero assolutamente impossibili.

R.Penrose , famoso fisico dell’Università di Oxford, rifacendosi ad alcune pionieristiche ricerche dell’ anestesiologo S.Hameroff e del neurofisiologo B.Libet, ipotizzò che i processi cerebrali come la coscienza o la consapevolezza dovessero essere direttamente collegate al fenomeno fisico noto come “coerenza quantistica”. Tale fenomeno è quel meccanismo fisico per cui i metalli portati a bassa temperatura manifestano il fenomeno della superconduttività dell’ elettricità senza opporre resistenza.

Una situazione molto simile, seppure in condizioni ambientali decisamente diverse, avviene secondo Penrose anche a livello cerebrale, in particolare a livello dei tubuli : l’evento cosciente nell’uomo, e cioè il passaggio dallo stato di pre-coscienza allo stato di coscienza, avviene al raggiungimento da parte dei tubuli dello stato di massima “eccitazione coerente”. Come gli elettroni nella superconduttività (che muovendosi all’unisono permettono alla corrente di muoversi senza ostacoli), così la globalizzazione della coerenza tra i tubuli cerebrali permette il verificarsi del processo cognitivo.

Il tempo di transizione della fase pre-cosciente alla fase cosciente con la conseguente attivazione del segnale motore che consente ad esempio di muovere un braccio, dura circa mezzo secondo. Il susseguirsi delle transizioni dal livello minimo al  livello massimo di coerenza dei tubuli, costituisce il “corso della coscienza”, lo scorrere del tempo.

I fenomeni di coerenza quantistica oltre a spiegare razionalmente le dinamiche dei processi cognitivi, darebbero conto di quello che Penrose chiama “Senso Unitario” della mente. Il processo cosciente non può mai essere frutto dell’attivazione di una singola area del cervello ma deve scaturire dall’ azione concertata in un gran numero di zone della mente. L’oscillazione coerente dei tubuli, la quale interessa la maggior parte del cervello, provvederebbe egregiamente a quel collegamento globale essenziale per l’ estrinsecazione dell’ atto mentale.

 

BIBLIOGRAFIA

G. Rosati La grande rivelazione-Scienza e Misticismo, Ed.Milesi, Parma 1996

F. Capra Il Tao della Fisica ,Adelphi, Milano1999

J. Satinover Il cervello quantico, MacroEdizioni,2002

T. Cantalupi Fisica della mente: Le onde del pensiero; La Teoria Quantistica

D. Chopra Guarirsi da dentro, Spearling Paperback, Milano, 1992         

 

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© 2003 Silvio A. Merciai