La figura di Roger Penrose rappresenta uno dei vertici più alti e affascinanti della fisica teorica e della matematica contemporanea. Insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2020 per i suoi studi pionieristici sui buchi neri e sulla teoria della relatività generale di Einstein, Penrose non ha mai limitato il suo raggio d'azione alle sole profondità del cosmo. 

Al contrario, la sua mente eclettica lo ha spinto a esplorare il confine più enigmatico e sfuggente dell'indagine scientifica: la natura della coscienza umana e il suo legame profondo con i misteri della fisica quantistica. 

Per comprendere appieno il pensiero di Penrose bisogna abbandonare l'idea che la mente sia semplicemente una macchina di calcolo sofisticata, un supercomputer biologico che elabora bit di informazione attraverso impulsi elettrici. 

Questa visione riduzionista, che ha dominato per decenni le scienze cognitive e l'intelligenza artificiale, viene radicalmente contestata dal fisico britannico, il quale sostiene che vi sia qualcosa di intrinsecamente non computazionale nel modo in cui pensiamo, intuiamo e facciamo esperienza della realtà.

Il punto di partenza della riflessione di Penrose affonda le radici nella filosofia della matematica, ispirandosi in parte alle celebri scoperte di KurtGödel sui limiti dei sistemi formali. 

Gödel dimostrò che in qualsiasi sistema matematico coerente ed esaurientemente descrivibile tramite regole fisse, esistono verità che non possono essere dimostrate all'interno del sistema stesso, ma che la mente umana è tuttavia capace di cogliere e comprendere intuitivamente. 

Da questa constatazione, Penrose dedusse che l'atto della comprensione matematica e della consapevolezza cosciente non può essere ridotto a un algoritmo, ovvero a una sequenza finita di passaggi logici che un computer potrebbe replicare. 

Esiste un salto qualitativo tra il calcolo meccanico e l'intuizione creativa, una capacità di afferrare significati globali che sfugge a qualsiasi formalizzazione puramente computazionale. 

Se la mente umana eccede il calcolo algoritmico, sorge spontanea una domanda fondamentale: quali leggi della fisica permettono a un ammasso di materia biologica di generare un fenomeno così sfuggente e non computazionale come la coscienza?

Per rispondere a questo interrogativo, Penrose ha intrapreso un viaggio intellettuale audacioso, unendo le forze con il celebre anestesista e neuroscienziato Stuart Hameroff. 

La teoria che ne è scaturita, nota come "Orchestrated Objective Reduction" o Orch-OR (Riduzione Oggettiva Orchestrata), si propone di colmare il vasto abisso che separa la neurobiologia macroscopica dalla fisica fondamentale. 

Per anni la comunità scientifica ha ritenuto che il cervello fosse un sistema troppo caldo, umido e caotico per poter ospitare fenomeni quantistici delicati come la sovrapposizione di stati o l'entanglement, i quali richiedono solitamente condizioni di laboratorio prossime allo zero assoluto per non dissolversi immediatamente a causa della decoerenza ambientale. 

Penrose e Hameroff hanno tuttavia ipotizzato l'esistenza di strutture biologiche capaci di proteggere e orchestrare questi processi quantistici: i microtubuli. 

Presenti all'interno di quasi tutte le cellule del nostro organismo e particolarmente concentrati e organizzati all'interno dei neuroni, i microtubuli sono cilindri cavi costituiti da proteine chiamate tubuline, capaci di esistere in diverse conformazioni geometriche. 

Secondo la teoria, gli elettroni o le nuvole di elettroni all'interno dei microtubuli potrebbero trovarsi in una sovrapposizione quantistica di stati differenti, agendo di fatto come i qubit di un computer quantistico biologico.

Il cuore innovativo della teoria Orch-OR risiede tuttavia nella ridefinizione del collasso della funzione d'onda, uno dei passaggi più dibattuti e misteriosi della meccanica quantistica. 

Nella fisica tradizionale, il passaggio da una sovrapposizione di probabilità multiple a uno stato definito avviene tipicamente attraverso la misurazione o l'interazione con l'ambiente esterno, un processo spesso descritto in termini vaghi o legato all'intervento dell'osservatore. 

Penrose rifiuta questa interpretazione e propone invece una visione oggettiva del collasso, legata indissolubilmente alla struttura dello spaziotempo. 

Secondo la sua ipotesi di "riduzione obiettiva", una sovrapposizione quantistica implica la coesistenza di stati fisici leggermente differenti che comportano anche curvature diverse dello spaziotempo circostante. 

Quando la differenza energetica e gravitazionale tra questi stati supera una certa soglia critica, regolata dal principio di indeterminazione di Heisenberg in relazione alla gravità, il sistema non può sostenere tale scissione e collassa spontaneamente in uno stato univoco. 

Questo processo non è casuale nel senso tradizionale della probabilità cieca, ma rappresenta una sorta di scelta fondamentale operata dalla geometria stessa dell'universo.

Nel contesto cerebrale, questo collasso non sarebbe un evento isolato e privo di direzione, bensì un fenomeno "orchestrato" dalle proteine associate che regolano le funzioni dei microtubuli. 

Ogni singolo momento di consapevolezza cosciente, ogni lampo di comprensione intuitiva o percezione sensoriale corrisponderebbe a un momento di riduzione obiettiva orchestrata all'interno dei neuroni. 

Non si tratterebbe dunque del semplice risultato di scariche elettriche binarie lungo le sinapsi, bensì di un'armonizzazione su scala macroscopica di innumerevoli eventi quantistici subcellulari che trovano una sintesi coerente. 

Questa prospettiva ribalta completamente la concezione materialista classica: la coscienza non sarebbe un sottoprodotto accidentale e marginale dell'attività cerebrale, ma un aspetto fondamentale della realtà fisica, radicato nelle leggi stesse che governano la gravità e la struttura quantistica dell'universo.

Le implicazioni di una simile teoria sono dirompenti e toccano molteplici discipline, dalla filosofia della mente all'intelligenza artificiale. 

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Se la coscienza umana si fonda su processi quantistici non computazionali legati alla gravità, ne consegue che i computer tradizionali basati sull'architettura di Von Neumann, per quanto potenti e veloci possano diventare, non potranno mai sviluppare una vera autocoscienza o un'intelligenza autenticamente simile a quella umana. 

Possono simulare comportamenti, elaborare enormi volumi di dati e superare gli esseri umani in compiti specifici di calcolo, ma rimarranno sempre confinati nell'ambito del computazionale, privi di quella scintilla di comprensione intuitiva che caratterizza l'esperienza vissuta. 

Questa posizione ha reso Penrose uno dei critici più autorevoli dell'iper-ottimismo tecnologico e delle ambizioni di realizzare una superintelligenza artificiale puramente attraverso la forza bruta dei dati e degli algoritmi digitali.

Naturalmente, la teoria di Penrose e Hameroff non è stata esente da aspre critiche e scetticismo all'interno della comunità scientifica. 

Molti fisici e neuroscienziati continuano a sostenere che la decoerenza quantistica nel cervello avvenga troppo rapidamente per consentire ai microtubuli di mantenere stati quantistici coerenti per il tempo necessario a produrre pensieri o percezioni. 

Altri obiettano che i correlati neurali della coscienza possano essere pienamente spiegati attraverso la dinamica sinaptica classica e le reti neurali su larga scala, senza la necessità di scomporre la realtà a livello di gravità quantistica. 

Nonostante queste obiezioni, la forza della proposta di Penrose risiede nel suo coraggio intellettuale di affrontare uno dei problemi più complessi della scienza senza accontentarsi di soluzioni di comodo. 

Anche qualora alcuni dettagli della teoria dei microtubuli dovessero essere smentiti o corretti dalle future scoperte sperimentali, l'intuizione di fondo secondo cui la fisica fondamentale e la biologia della mente sono profondamente connesse rimane una delle strade più suggestive mai intraprese per decifrare il mistero dell'essere coscienti.

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Fonti:

• Roger Penrose, "La mente nuova del imperatore. La mente, i computer e le leggi della fisica", Rizzoli.
• Roger Penrose, "Ombre della mente. Alla ricerca della scienza della coscienza", Rizzoli.
• Stuart Hameroff, Roger Penrose, "Conscious events as orchestrated spacetime selections: An orchestrated reduction plan in quantum biology", Physics of Life Reviews.
• Interviste e pubblicazioni ufficiali in occasione dell'assegnazione del Premio Nobel per la Fisica 2020.