L’allungamento della vita ci ha illusi che la morte potesse non riguardarci, che venisse sempre dopo, che appartenesse all’altrove. Invece confina con la vita, ne rappresenta il compimento, talora la completa.

Immaginiamo un gatto, una fiala di veleno e una fonte radioattiva dentro una scatola chiusa. Se un sensore interno registra radioattività, come il decadimento di un atomo, la fiala viene rotta e rilascia il veleno che uccide il gatto. L’atomo ha uguali probabilità di decadere o non decadere.

È un modo ingegnoso di ottenere un effetto nel mondo tradizionale – cioè il nostro mondo – da un evento del regno quantico.

L’interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica suggerisce una cosa folle: prima che la scatola venga aperta, prima che l’osservazione avvenga, l’atomo esiste in sovrapposizione, uno stato indefinito di decadimento e non decadimento al contempo. Il che significa che il gatto è, a sua volta, sia morto sia vivo.

E solo quando la scatola viene aperta, e l’osservazione ha luogo, la funzione d’onda collassa effettivamente in uno dei due stati.

In altre parole, noi vediamo solo uno dei possibili esiti. Per esempio un gatto morto. E quella diventa la nostra realtà.

A questo punto le cose si fanno veramente strane.

Esiste un altro mondo, reale quanto quello che conosciamo, dove invece abbiamo aperto la scatola e trovato un gatto vivo e allegro?

L’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica dice di sì. Essa sostiene che quando apriamo la scatola generiamo una diramazione.

Da una parte un universo dove troviamo un gatto morto. E dall’altra uno dove troviamo un gatto vivo. Ed è il nostro atto di osservare il gatto che lo uccide o gli permette di vivere.

E qui la cosa si fa davvero pazzesca. Perché questo genere di osservazione avviene di continuo nel nostro mondo reale.

Quindi se il mondo davvero si divide in due ogni volta che qualcosa viene osservato, questo significa che esiste un numero inimmaginabilmente grande, infinito, di universi – un multiverso – dove tutto ciò che può accadere, accadrà.

E qui entra in gioco la teoria della decoerenza quantistica che affronta il problema della scomparsa, a livello macroscopico, di stati quantici sovrapposti, il gatto vivo e morto allo stesso tempo.

Abbiamo detto che la teoria quantistica tiene conto di questa non osservabilità degli stati quantici sovrapposti stabilendo che qualsiasi atto di osservazione provoca un collasso della funzione d’onda, cioè seleziona istantaneamente uno e un solo stato tra l’insieme dei possibili stati sovrapposti.

L’idea di base della decoerenza è che un sistema quantistico non dovrebbe essere visto come isolato, ma interagente con un ambiente. Sono queste interazioni che causano la rapida scomparsa degli stati sovrapposti, perché la complessità delle interazioni è tale che le diverse possibilità diventano rapidamente incoerenti (da cui il nome della teoria).

Un gatto, noi stessi o altri sistemi, non siamo pensabili come sistemi isolati e non assumeremo mai stati di sovrapposizione tra vivo e morto; è quindi sensato pensare che non dovremmo aspettarci che tali sistemi seguano l’equazione di Schrödinger, applicabile solo ad un sistema chiuso. Nel caso del paradosso del gatto di Schrödinger, la sovrapposizione simultanea degli stati vivo e morto del gatto non ha luogo, perché è distrutta dall’interazione del gatto con il suo ambiente, l’aria che respira per vivere oppure la radiazione termica che emette, essendo un corpo dotato di una certa temperatura.

In altre parole, la sovrapposizione quantistica verrebbe meno man mano che atomi e molecole si strutturano in forme e dimensioni più grandi e, di conseguenza, sono soggetti alla forza di gravità, che noi sperimentiamo sul pianeta dove viviamo, ma che interagisce con il sistema solare e l’universo stesso.

C’è comunque un altro aspetto da affrontare.

Noi percepiamo il nostro ambiente in tre dimensioni, ma in realtà non viviamo in un mondo a tre dimensioni. Le tre dimensioni sono statiche. Come un’istantanea. Dobbiamo aggiungere una quarta dimensione per avvicinarci a descrivere la natura della nostra esistenza.

L’ipercubo quadridimensionale non aggiunge una dimensione spaziale. Ne aggiunge una temporale. Aggiunge il tempo, una sequenza di cubi tridimensionali che rappresenta lo spazio mentre si muove lungo l’asse temporale. Lo si capisce meglio guardando certe stelle, nel cielo notturno, la cui luce ha impiegato cinquanta anni luce per raggiungere il nostro occhio. O cinquecento anni luce. O cinque miliardi. Noi non stiamo semplicemente guardando nello spazio, stiamo guardando indietro nel tempo.

Il nostro percorso in questo spazio-tempo quadridimensionale è la nostra linea di universo (o realtà), che inizia con la nostra nascita e termina con la nostra morte. Quattro coordinate (x, y, z e t [il tempo]) definiscono un punto all’interno dell’ipercubo. E noi crediamo che finisca lì, ma questo sarebbe vero soltanto se qualunque evento fosse il risultato inevitabile dei precedenti, se il libero arbitrio fosse un’illusione, e se la nostra linea di universo fosse solitaria.

Ma cosa succede se la nostra linea di universo è solo una delle infinite linee di universo, alcune solo lievemente diverse dalla vita che conosciamo, altre drasticamente differenti?

L’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica ipotizza che tutte le possibili realtà esistano. Che qualunque cosa abbia una probabilità di accadere, stia accadendo.

Ogni cosa che potrebbe essere accaduta nel nostro passato è in effetti accaduta, solo in un altro universo.

E se questo fosse vero? E se noi vivessimo in uno spazio probabilistico pentadimensionale?

E se noi di fatto abitassimo il multiverso, ma il nostro cervello limitasse a un solo universo ciò che possiamo percepire?

Una sola linea di universo. Quella che scegliamo, istante dopo istante. Ha senso, se ci pensate. Non riusciremmo a sostenere l’osservazione simultanea di tutte le possibili realtà contemporaneamente. Tutti i possibili stati quantici sovrapposti.

Il punto è che non è possibile accedere a questo spazio probabilistico pentadimensionale.

Non è possibile perché il nostro cervello è programmato in modo da impedirci di percepire il nostro stato quantico. Per superare questa barriera invisibile dovremmo trovare qualcosa che possa disattivare il firewall nel nostro cervello, qualcosa che possa alterare il modo in cui il nostro cervello è costretto a percepire la realtà.

Penrose e Hameroff hanno elaborato la teoria Orchestrated Objective Reduction, ovvero Riduzione Obiettiva Orchestrata, meglio nota come Teoria Orch-Or.

Secondo i due scienziati il fondamento della coscienza risiederebbe nella dinamica della conformazione delle proteine dei microtubuli dei neuroni. A quel livello fisico sarebbero possibili fenomeni di conduttività e di trasmissione dei segnali, con processi sia di tipo classico sia di tipo quantistico, sufficientemente resistenti alla decoerenza quantistica da permettere fenomeni quantistici macroscopici.

Penrose ha proposto l’ipotesi che il funzionamento del cervello non sia guidato da algoritmi logici o formali appartenenti alla fisica classica, bensì da processi quantistici legati al collasso della funzione d’onda. Al contempo ha proposto la nuova definizione di “riduzione obiettiva” per indicare come il momento del collasso dipenda da fattori concreti legati al rapporto fra la massa e l’energia degli oggetti coinvolti nel processo.

In altre parole, il nostro cervello è un sistema quantico e i due scienziati ritengono che i microtubuli presenti nel cervello si trovano tra loro in un perfetto stato di correlazione quantistica. Essi concordano nel ritenere che il “momento conscio” corrisponde “al collasso della funzione d’onda che raccoglie in sé, in un unico stato quantistico, il complesso entanglement globale che unisce i microtubuli del cervello”.

Ripeto: noi viviamo in uno stato di decoerenza, noi viviamo una sola realtà, perché osserviamo costantemente il nostro ambiente e facciamo collassare la nostra funzione d’onda. Se potessimo trovare qualcosa che ci impedisse di continuare a mettere il nostro ambiente in decoerenza, allora potremmo vedere tutti i possibili stati quantici sovrapposti, tutte le possibili diramazioni della nostra vita.

Questo in teoria, ma nella realtà cosa potremmo davvero percepire?

Il nostro cervello non può comprendere la sovrapposizione, dovrebbe ricorrere ad una sorta di visione tridimensionale accettabile, un corridoio infinito dove lo spazio presenta una qualità ricorsiva, come due specchi uno di fronte all’altro. Un lungo tunnel ripetuto attraverso tutte le possibili realtà che condividono lo stesso punto nello spazio e nel tempo.

In alcune rappresentazioni di meccanica quantistica, ciò che contiene tutte le informazioni per il sistema – prima che esso collassi a causa di un’osservazione – è detto funzione d’onda. Un tunnel potrebbe rappresentare il modo in cui la nostra mente visualizza il contenuto della funzione d’onda, ossia tutti i possibili esiti del nostro stato di sovrapposizione quantistica.

E dove ci porterebbe questo tunnel? Dove ci ritroveremmo alla fine?

Al momento non esiste una risposta perché non esiste fine nel mondo quantico.

Il giorno in cui ho letto per la prima volta del principio di Fermat, sono rimasto colpito dal suo semplice enunciato: “il percorso di un raggio di luce tra due punti è quello attraversato nel tempo minore”. Come dire che la luce “sceglie” sempre il percorso più veloce, anche se questo non coincide necessariamente con il percorso più breve. Benché facile da spiegare, per descriverlo a livello matematico c’è bisogno del calcolo analitico. E non di un calcolo qualunque, ma di un calcolo delle variazioni.

In realtà, anche il termine ‘minimo’ è ingannevole. È più corretto affermare che la luce segue sempre un percorso estremo, un percorso cioè che minimizza il tempo di percorrenza o che lo massimizza. Minimo e massimo condividono certe proprietà matematiche, quindi entrambe le situazioni possono essere descritte da un’unica equazione. A voler essere precisi, il principio di Fermat non è un principio di minimo, è noto piuttosto come principio ‘variazionale’.

E ne esistono altri di questi principi variazionali, in ogni branca della fisica. Quasi tutte le leggi fisiche possono essere riformulate come principi variazionali. L’unica differenza sta nell’attributo minimizzato o massimizzato.

Nell’ottica, che è la branca in cui si applica il principio di Fermat, il tempo è l’attributo da considerare estremo. La meccanica ha un diverso attributo. L’elettromagnetismo un altro ancora. Ma tutti questi princìpi da un punto di vista matematico sono simili.

Eppure, il principio di Fermat suona strano, come se non sembrasse affatto una legge fisica, perché descrive il comportamento della luce come se fosse orientato verso un obiettivo. Sembra quasi che il raggio di luce debba rispettare un comandamento: ‘Minimizzerai o massimizzerai il tempo che occorre per arrivare a destinazione’.

È un vecchio problema filosofico della fisica. Se ne parla da quando Fermat formulò il suo principio nel Seicento, e Planck ci ha scritto su interi libri. Di solito la formulazione delle leggi fisiche è causale, invece un principio variazionale come quello di Fermat è finalizzato a uno scopo, suona quasi teleologico.

D’accordo, diciamo quindi che l’obiettivo di un raggio di luce è prendere la via più rapida. Ma come fa la luce a sapere qual è questa via?

Se posso permettermi un parallelo antropomorfico, la luce dovrà prendere in esame le strade possibili e calcolare quanto tempo ci metterà a percorrerle. E perché questo sia possibile, il raggio di luce deve conoscere esattamente la propria destinazione. Se la destinazione fosse un’altra, il percorso più rapido sarebbe diverso.

Infatti, il concetto di ‘percorso più rapido’ non ha senso, a meno che non esista una destinazione specifica. E per calcolare quanto tempo occorre per percorrere una certa strada, occorrerà sapere cosa c’è lungo il tragitto. Pensate a quando state per partire con la macchina per raggiungere una qualsiasi destinazione, e avete intenzione di arrivare il prima possibile: come fate a definire il percorso più rapido? Dovete innanzitutto conoscere il punto di arrivo, poi considerare variabili quali traffico e semafori, tratti a percorrenza più veloce e infine eventuali ostacoli come strade chiuse.

E il raggio di luce deve sapere tutte queste cose in anticipo, prima di iniziare il suo viaggio; non può, per così dire, tornare sui suoi passi una volta che è partito, perché cosi facendo il percorso inevitabilmente si allungherebbe, smettendo di essere il più rapido in assoluto. La luce deve per forza fare tutti i suoi calcoli prima di partire.

Questo fatto pone naturalmente vari quesiti: come fa la luce a conoscere “a priori” qual è il percorso più rapido da intraprendere? È possibile che la Natura sia effettivamente regolata da una logica finalistica?

Quando gli uomini pensano alle leggi fisiche, preferiscono rapportarsi ad esse nella loro formulazione causale. Lo comprendo: gli attributi fisici che gli uomini considerano intuitivi, come l’energia cinetica o l’accelerazione, sono tutti proprietà di un oggetto in un preciso momento. Questo conduce a un’interpretazione cronologica e causale degli eventi: ogni momento nasce dal precedente, cause ed effetti creano una reazione a catena che si sviluppa dal passato al futuro.

Gli attributi fisici hanno invece senso solo se prolungati per un determinato periodo di tempo. E questo ci porta ad una interpretazione teleologica degli eventi: vedendoli sviluppare nel tempo, diventa evidente che un certo requisito debba essere soddisfatto, un obiettivo di minimizzazione o di massimizzazione. E per raggiungere tale obiettivo è necessario conoscere lo stato iniziale e lo stato finale; bisogna essere a conoscenza degli effetti prima che le cause abbiano modo di prodursi.

Questa affermazione apre un nuovo scenario.

La nostra percezione del mondo è mediata da quel flusso di coscienza continuo che ci scorre nel cervello, e dalla cui sequenzialità otteniamo la nozione di tempo. Ma questa nozione potrebbe essere solo un artificio introdotto per semplificare il modo come il nostro cervello interagisce col mondo esterno: se un raggio di luce dispone di tutte le informazioni necessarie per “scegliere” il percorso più breve, allora la sequenzialità degli eventi non ha alcun senso nell’universo.

E se non ha alcun senso, il tempo potrebbe essere una variabile “circolare”.

Sarebbe allora davvero possibile conoscere il futuro. Non dico semplicemente immaginarlo; sarebbe allora possibile sapere, con assoluta certezza e nei dettagli, ciò che sarebbe successo, tutti gli eventi della nostra vita starebbero davanti a noi.

E d’altronde rispetto al tempo le leggi fondamentali della fisica sono simmetriche, e fra passato e futuro non esiste alcuna differenza fisica. Sentendo questo, qualcuno potrebbe ribattere: «Sì, in teoria». In termini più concreti, però, la maggior parte delle persone non si troverebbe d’accordo, per via del libero arbitrio.

Sembra una contraddizione: per quanto ci sia scritto che accadrà un certo evento, potremmo comunque scegliere di fare altrimenti. Come possono conciliarsi questi due aspetti?

L’esistenza del libero arbitrio sta a significare che non possiamo conoscere il futuro. E sappiamo che il libero arbitrio esiste perché ne abbiamo un’esperienza diretta. La volontà è una componente intrinseca della coscienza.

E se invece non lo fosse stata? Se venendo a conoscenza del futuro una persona cambiasse? E se si risvegliasse in lei un senso di necessità, la sensazione che sia inevitabile agire esattamente come previsto?

Considera il fenomeno per cui la luce incontra l’acqua a una certa inclinazione e prosegue poi seguendone un’altra. Spiegarlo affermando che è una differenza nell’indice di rifrazione a far sì che la luce cambi direzione equivale a vedere il mondo come lo vediamo noi esseri umani. Spiegarlo dicendo che la luce minimizza il tempo richiesto per arrivare a destinazione equivale a vedere il mondo come lo vedono i fotoni secondo una dinamica quantistica. Due interpretazioni molto differenti.

Il linguaggio con cui si esprime l’universo fisico ha una grammatica assolutamente ambigua. Ogni evento fisico è un’espressione che può essere analizzata in due modi del tutto diversi, uno causale e l’altro teleologico. Sono entrambi validi, e a prescindere dal contesto non è possibile scartarne nessuno.

Quando noi percepiamo il mondo fisico, interpretiamo le nostre percezioni in modo diretto. Gli uomini hanno sviluppato una coscienza di tipo sequenziale, non ne abbiamo una di tipo simultaneo. Infatti, noi percepiamo gli eventi secondo un ordine, in un rapporto di causa-effetto fra l’uno e l’altro. Perché non percepire tutti gli eventi in una volta sola, a partire da un obiettivo che li collega tutti quanti? Un obiettivo di minimo o di massimo?

La libertà non è un’illusione; nell’ambito di una coscienza sequenziale è pura realtà. Ma nell’ottica di una coscienza simultanea il concetto di libertà non ha senso, come del resto non ce l’ha quello di costrizione. A essere diverso è il contesto, che è valido tanto quanto l’altro.

Analogamente, la conoscenza del futuro è incompatibile con il libero arbitrio. Ciò che mi rende possibile agire liberamente mi impedisce al tempo stesso di conoscere il futuro.

Il fatto che ogni più piccolo evento dell’universo sia già accaduto, perché è sempre accaduto, perché non c’è un tempo che ne possa definire lo stato di “prima” e “dopo”, non significa che le nostre scelte non abbiano alcun peso. Vuol dire solo che, in una prospettiva cosmica, quelle scelte sono già tutte accadute. Vuol dire che non possiamo cambiare il passato o influenzare il futuro, dobbiamo solo agire affinché tutto avvenga come deve avvenire in una specie di eterno loop chiamato destino. O realtà.

Cosa resta allora?

Vorrei poter conoscere la destinazione sin dal principio e scegliere la strada di conseguenza. Ma andrei verso una gioia estrema, o verso un estremo dolore? E quello che realizzerò sarà un minimo o piuttosto un massimo?

E queste domande risuonano nella mia mente, mentre mio padre chiede a mia madre: «Hai voglia di fare un bambino?». E lei sorride e dice di sì, e si prendono per mano mentre rientrano in casa per fare l’amore. Per fare me.