Secondo Martin Rees il nostro cervello, frutto di un’evoluzione lenta e millenaria, potrebbe incontrare dei limiti insuperabili alla comprensione della realtà perché potrebbe non essere abbastanza potente per affrontare alcune informazioni, oppure perché le cose da sapere potrebbero finire.

(Questo testo è la traduzione italiana di un articolo precedentemente uscito su Aeon)

di Martin Rees

Albert Einstein una volta disse che “la cosa più incomprensibile dell’Universo è che sia comprensibile”. Aveva ragione. Il cervello umano si è evoluto per essere adattabile, ma l’architettura neurale che lo compone è cambiata poco dai tempi in cui i nostri antenati si aggiravano per la savana. È incredibile che questi cervelli ci abbiano permesso di capire cose come i quanti e le leggi del cosmo, nozioni così lontane dal contesto ambientale in cui ci siamo evoluti.

Ma temo che a un certo punto la scienza subirà una battuta d’arresto. Ci sono due motivi per cui potrebbe accadere: quello ottimista è che tratteremo e decodificheremo certe branche del sapere (come la fisica atomica) finché non resterà più nulla da dire. Una seconda possibilità, più preoccupante, è che arriveremo ai limiti di ciò che il nostro cervello può elaborare. Potrebbero esserci dei concetti, cruciali per una completa comprensione della realtà fisica, di cui non possiamo divenire consapevoli, così come una scimmia non può comprendere il darwinismo o la meteorologia. Alcune intuizioni potrebbero dover attendere un’intelligenza post-umana.

La conoscenza scientifica in realtà è sorprendentemente frammentaria – e i misteri più profondi si trovano nelle vicinanze delle aree già scoperte. Oggi possiamo interpretare in modo convincente misurazioni che rivelano che due buchi neri collidono a più di un miliardo di anni luce dalla Terra. Di contro, non abbiamo fatto chissà quali progressi nel trattamento del raffreddore, nonostante i grandi passi avanti in epidemiologia. Ma il fatto che possiamo conoscere dei fenomeni cosmici remoti e rimanere scioccati dalle cose di tutti i giorni non è così paradossale come sembra. L’astronomia è molto più semplice delle scienze biologiche e umane. I buchi neri, anche se ci sembrano esotici, sono tra le entità più semplici esistenti in natura e possono essere descritti con esattezza da semplici equazioni.

Dunque come definiamo la complessità? La questione di quanto lontano possa spingersi la scienza dipende in parte dalla risposta a questa domanda. Qualcosa composto da pochi atomi non può essere troppo complicato. Ma anche le cose grandi non devono essere per forza troppo complicate. Nonostante la sua vastità, una stella è abbastanza semplice – il suo nucleo è così caldo che le molecole complesse si sfaldano e non possono esistere sostanze chimiche, di conseguenza quel che rimane è fondamentalmente un gas amorfo di nuclei atomici ed elettroni. In alternativa, si consideri un cristallo di sale, costituito da atomi di sodio e cloro, assemblati insieme più e più volte fino a formare un reticolo cubico ripetuto. Se si prende un grande cristallo e si tritura, il cambiamento nella struttura resta minimo, finché non si arriva ai singoli atomi. Anche se è enorme, un blocco di sale non può essere definito come qualcosa di complesso.

Atomi e fenomeni astronomici – il molto piccolo e il molto grande – possono essere molto semplici. È nel mezzo che la faccenda inizia a complicarsi. I più complessi di tutti sono gli esseri viventi. Un animale ha una struttura interna su ogni scala, dalle proteine delle singole cellule fino agli arti e agli organi principali. Non esiste più se viene sminuzzato come un cristallo di sale. Muore.

La comprensione scientifica è talvolta intesa come una gerarchia, ordinata come coi piani di un edificio. Quelli che hanno a che fare con sistemi più complessi sono più in alto, mentre quelli più semplici stanno sotto. La matematica è nel seminterrato, seguita dalla fisica delle particelle, poi viene il resto della fisica, la chimica, la biologia, la botanica e la zoologia e infine le scienze comportamentali e sociali (con gli economisti nell’attico, ovviamente).

“Mettere in ordine” le scienze non è un fatto controverso, ma è molto discutibile se le “scienze del piano terra” – in particolare la fisica delle particelle – siano davvero più profonde o complete delle altre. In un certo senso lo sono, come spiega il fisico Steven Weinberg in Sogni di una teoria finale (1992), tutte le frecce esplicative sono rivolte verso il basso. Se, come bambini testardi, vi continuate a chiedere “perché, perché, perché”, finite al livello delle particelle. Gli scienziati sono quasi tutti riduzionisti nel senso di Weinberg. Si sentono sicuri che tutto, per quanto complesso, sia una soluzione dell’equazione di Schrödinger – l’equazione di base che regola il comportamento di un sistema secondo la teoria quantistica.

Ma una spiegazione riduzionista non è sempre la migliore, o la più utile. “Di più è diverso”, come disse il fisico Philip Anderson. Tutto, per quanto intricato possa essere – foreste tropicali, uragani, società umane – è fatto di atomi e obbedisce alle leggi della fisica quantistica. Ma anche se queste equazioni potessero essere risolte per aggregati immensi di atomi, non offrirebbero l’illuminazione che cercano gli scienziati.

I sistemi macroscopici, che contengono un gran numero di particelle, manifestano proprietà “emergenti” che vengono comprese meglio in termini di nuovi concetti, irriducibili e appropriati al livello del sistema. Valenza, gastrulazione (quando le cellule cominciano a differenziarsi nello sviluppo embrionale), imprinting e selezione naturale sono solo degli esempi. Anche un fenomeno misterioso come il flusso dell’acqua nei tubi o nei fiumi è compreso meglio in termini di viscosità e turbolenza, piuttosto che di interazioni atomo per atomo. Gli specialisti di meccanica dei fluidi non si preoccupano del fatto che l’acqua sia composta da molecole di H2O; possono capire come si rompono le onde e cosa soffoca un ruscello solo perché intendono il liquido come un continuum.

I nuovi concetti sono cruciali per la comprensione di cose molto complesse – come per esempio gli uccelli migratori o il cervello umano. Il cervello è un insieme di cellule; un dipinto è un insieme di pigmenti chimici. Ma quel che importa è come appaiono il modello e la struttura mentre si risalgono i livelli, in quella che può essere chiamata complessità emergente.

Insomm, anche se in un certo senso il riduzionismo è vero, di rado è utile. Solo l’1% circa degli scienziati è costituito da fisici delle particelle o cosmologi. Il restante 99% lavora a livelli “più alti” della gerarchia. Costoro sono ostacolati dalla complessità del loro oggetto di studio e non da eventuali carenze nella comprensione della fisica subnucleare.

In realtà, quindi, l’analogia tra la scienza e un edificio è piuttosto debole. La struttura di un edificio è minacciata da fondamenta fragili. Al contrario, le scienze “di livello superiore”, che si occupano di sistemi complessi, non sono vulnerabili per via di una base insicura. Ogni livello della scienza ha spiegazioni distinte. Fenomeni con diversi livelli di complessità devono essere intesi in termini di concetti diversi e irriducibili.

Possiamo aspettarci enormi progressi in tre ambiti: il molto piccolo, il molto grande e il molto complesso. Tuttavia – e qui mi sto arrischiando – sospetto che ci sia un limite a ciò che possiamo capire. Gli sforzi per comprendere dei sistemi molto complessi, come i nostri cervelli, potrebbero essere i primi a incontrare tali limiti. Forse dei complessi aggregati di atomi, che siano cervelli o macchine elettroniche, non potranno mai conoscere tutto quello che c’è da sapere su loro stessi. Ma potremmo incontrare un’altra barriera seguendo le frecce verso il basso di cui parlava Weinberg se queste portano alla geometria multidimensionale che prevedono i teorici delle stringhe. I fisici potrebbero non capire mai la natura fondamentale dello spazio e del tempo perché la matematica è troppo difficile.

La mia affermazione per cui ci sono limiti alla comprensione umana è stata contestata da David Deutsch, un illustre fisico teorico che ha introdotto il concetto di “calcolo quantico”. Nel suo provocatorio ed eccellente L’inizio dell’infinito (2011), sostiene che qualsiasi processo è calcolabile, in linea di principio. Questo è vero. Tuttavia, essere in grado di calcolare qualcosa non è come averne una comprensione intuitiva. Il bellissimo frattale noto come Insieme di Mandelbrot è descritto da un algoritmo che può essere scritto in poche righe. La sua forma può essere tracciata anche da un computer poco potente:

Insieme di Mandelbrot

Ma nessun essere umano a cui è stato dato l’algoritmo può visualizzare questo modello immensamente complicato nello stesso modo in cui può visualizzare un quadrato o un cerchio.

Il campione di scacchi Garry Kasparov sostiene in Deep Thinking (2017) che “umano più macchina” è una somma più potente di una sola delle parti. Forse è sfruttando la simbiosi tra questi due sistemi che si faranno delle nuove scoperte. Ad esempio, sarà sempre più vantaggioso ricorrere a simulazioni al computer piuttosto che a esperimenti nello sviluppo di farmaci e nella scienza dei materiali. Se le macchine alla fine ci supereranno in termini qualitativi – e anche loro diventeranno coscienti – è una questione ancora completamente aperta.

Il pensiero astratto dei cervelli biologici ha sostenuto l’emergere di tutta la cultura e la scienza umana. Ma questa attività, che abbraccia al massimo decine di millenni di anni, sarà probabilmente un breve prologo alle menti più potenti dell’era post-umana – evolute non per via della selezione darwiniana ma per una sorta di “design intelligente”. Se il futuro a lungo termine dipenda da post-umani organici o da macchine elettroniche superintelligenti è un dibattito attuale e al momento senza risposte certe, ma saremmo troppo antropocentrici nel credere che una piena comprensione della realtà fisica sia alla portata dell’umanità, e che non rimarranno più enigmi per sfidare i nostri discendenti più antichi.