Gli esperimenti suggeriscono che gli esseri umani possono osservare direttamente il quantum

I sensi crossmodal potrebbero essere una chiave per sbloccare la vera natura della fisica?

Gli umani vedranno le leggi della fisica con i loro stessi occhi?

Fonte: immagine di Shutterstock.

Di William C. Bushell Ph.D. e Maureen Seaberg

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Questo post è la parte 4 di una serie.

Nelle prime tre puntate di questa serie, abbiamo portato l’attenzione sul fatto che recentemente un nuovo, sorprendente, persino rivoluzionario, corpo di ricerca nei campi della fisica, della biofisica, della psicofisica e della neuroscienza, stava dimostrando risultati senza precedenti nella sensibilità dell’umano sensi: visione a livello di singoli fotoni; udire sul livello delle vibrazioni con ampiezze sulla scala atomica e sulla discriminazione degli intervalli di tempo uditivi nell’intervallo dei milionesimi di secondo; discriminazione tattile sulla scala delle singole molecole; e meccanismi quantistici basati sulla meccanica della sensibilità olfattiva capaci di discriminare oltre un trilione di odori diversi.

Abbiamo notato che questo corpo di ricerca è emerso in modo piuttosto disuguale per la maggior parte, senza una unificazione concettuale, un coordinamento della ricerca sensoriale, né un quadro ideologico generale (sebbene ci siano alcune notevoli eccezioni a questa generalizzazione, e c’è una nuova scientifica intensiva interesse nei campi dell’integrazione multisensoriale, del funzionamento sensoriale transmodale e della sinestesia).

In particolare, abbiamo richiamato un’attenzione particolare su uno degli aspetti più sorprendenti e rivoluzionari all’interno di questo nuovo quadro scientifico ampiamente disparato e ad hoc, vale a dire la capacità degli esseri umani di percepire direttamente singoli fotoni di luce – dimostrati di recente in modo conclusivo – e la sorprendente proposta di condurre i fisici impiegano e dispiegano questa capacità umana per indagare il fenomeno profondo e sconcertante, ma reale e fondamentale, dell’entanglement quantistico. L’entanglement quantico è il fenomeno di connessioni profonde e durature tra due o più particelle che sono mai state collegate, non importa quanto lontane diverranno nello spazio o nel tempo, anche su scala galattica o cosmica. Inoltre, alcuni dei principali fisici stanno proponendo che una metodologia e una tecnologia fornite dalla percezione umana diretta dell’entanglement quantistico possano effettivamente essere uno dei modi migliori per indagare ulteriormente su questo fenomeno, e potrebbero anche essere il modo migliore per risolvere un certo numero di domande importanti e persistenti su tutta la fisica quantistica, inclusa la natura dell’entanglement, il cosiddetto problema di misurazione e la funzione d’onda – in altre parole, la natura ultima della realtà dell’universo stesso.

Abbiamo anche notato che i risultati di questo recente corpo di ricerca sulla visione umana dei singoli fotoni, un predecessore naturale della capacità di vedere l’unità di base dell’entanglement – due fotoni entangled – hanno stabilito una dimostrazione conclusiva di ciò che la scienza chiama prova del concetto, in questo caso, che almeno un soggetto umano era chiaramente in grado di percepire un singolo fotone di luce in una serie di prove seguendo schemi di studio rigorosi e rigorosi e regole statistiche. Tuttavia, le interviste con gli scienziati e i materiali supplementari agli studi hanno rivelato che la percezione dei singoli fotoni era molto vaga e impressionistica, ma tuttavia al di sopra del caso che era davvero accurata, e anche che non tutti i soggetti erano, in effetti, in grado per percepire con successo il singolo fotone. E che c’era una gamma di prestazioni e abilità dimostrate nei soggetti umani. L’esperienza e l’allenamento sembravano assistere alla performance.

A questo punto, abbiamo anche notato che, a proposito di queste scoperte, esistono tradizioni in cui i praticanti di forme speciali di meditazione osservativa si allenano intensamente per essere in grado di percepire direttamente quantità minuscole, il minimo possibile di luce possibile. Queste tradizioni, e tali professionisti, sono esistite per secoli nelle culture asiatiche (e molto probabilmente in altre), e esistono al giorno d’oggi in tutto il mondo, incluso l’Occidente, a causa della diffusione dell’insegnamento delle tecniche. E in effetti, è stato condotto un significativo e crescente corpo di ricerca sulle capacità sensoriali-percettive e attenzionali, ed è stato dimostrato che tra i praticanti testati sono stati raggiunti alti livelli di prestazioni (vedi revisione Bushell 2009 e Bushell ). Un certo numero di studi ha specificamente studiato le capacità di tali professionisti di percepire la minuscola quantità di luce, e questi hanno anche mostrato alti livelli di prestazione. Ci riferiamo al più alto livello di prestazioni di questi professionisti come “adepti percepitori” e sebbene nessuno finora sia stato testato specificamente sulla capacità di percepire singoli fotoni, abbiamo fortemente raccomandato la loro incorporazione in ulteriori studi sul rilevamento di singoli fotoni e per ulteriori studi sulla capacità umana di percepire l’entanglement quantistico e altri aspetti della natura quantistica dell’universo – polarizzazione dei fotoni, sovrapposizione, la potenziale comparsa della luce come quantizzata – tali ulteriori studi sono stati proposti ardentemente da un certo numero di questi fisici per soggetti umani in generale.

In termini di questa breve revisione, dovremmo infine aggiungere che abbiamo anche menzionato la scoperta nelle nostre ricerche precedenti (vedi Seaberg 2011, prefazione di Bushell) che alcune tradizioni adepte hanno posto un’enfasi speciale sull’importanza di ciò che sarebbe descritto nei termini neuroscientifici contemporanei come forme di percezione multisensoriali, cross-modali o anche sinestetiche. Come abbiamo già suggerito, crediamo che questo orientamento multisensoriale possa ben integrare le singole modalità di senso, e attraverso questa integrazione, migliorare ulteriormente la performance di ogni singolo senso e insieme l’insieme dei sensi simultaneamente. E in questo contesto, la portata, l’ampiezza, la precisione, l’accuratezza e l’ipersensibilità straordinarie di tutti i sensi che sono stati recentemente scoperti nella scienza occidentale contemporanea possono rivelare l’importanza specifica e olistica di questo nuovo corpo di scoperte per un orientamento multisensoriale / crossmodale verso la percezione diretta e persino la conoscenza diretta della natura del mondo fenomenico, dell’universo

Muovendo in modo specifico da questi punti generali alla considerazione del programma proposto di esplorazione percettiva umana diretta e indagine del regno quantistico, torniamo ora al centro dell’inizio di questa serie, la recente proposizione fatta dai fisici principali che l’entanglement quantico e il problema della misurazione dovrebbe essere due dei soggetti principali per gli studi basati sul livello appena scoperto della percezione umana.

Come già accennato, due principali capacità umane rilevanti per ulteriori indagini quantistiche che sembrano essere state scientificamente stabilite, sono, quindi, (a) individuazione di singoli fotoni (SPD, Tinsley et al 2016) e (b) polarizzazione dei fotoni (Ropars et al 2011; Temple et al 2015).

È importante sottolineare che la ricerca all’avanguardia che sfrutta le nuove innovazioni tecnologiche e i progressi teorici ha utilizzato singoli fotoni e la loro polarizzazione per lo studio delle dimensioni fondamentali della fisica quantistica. Si sta studiando una gamma di dimensioni così fondamentali, e qui si deve notare che i fondamenti basilari della fisica quantistica sono ancora oggetto di un’accanita discussione, nonostante il fatto che molti nel pubblico in generale e nella stessa fisica hanno la sensazione che c’è un’ortodossia che è relativamente stabile. Questa è una domanda molto più ampia al di fuori del regno di questa serie, ma questo fatto dovrebbe essere notato dal lettore.

Qui, ci concentreremo brevemente su alcuni di questi argomenti fondamentali investigati, tra cui il Principio di incertezza di Heisenberg (HUP), che include la questione della misurazione, e il cosiddetto “problema di misura” stesso, associato alla comprensione della natura del Funzione d’onda.

Recentemente, diversi studi con singoli fotoni e la loro polarizzazione sono stati condotti per testare il famoso e fondamentale Principio di incertezza di Heisenberg. In breve, questo principio fu proposto da Werner Heisenberg negli anni Venti durante i primi giorni formativi dell’instaurazione della meccanica quantistica. Derivando dal tentativo di Heisenberg di dare un senso alle scoperte “anomale” nel regno quantistico che sembravano sfidare principi empirici e logici classici, Heisenberg scoprì che per “adattarsi” ai dati reali, era costretto a proporre quelle particelle subatomiche come gli elettroni non può essere misurato con completezza in termini di posizione o posizione delle particelle e della loro quantità di moto. L’una o l’altra di queste potrebbe essere misurata con precisione in un dato momento, che sembrava essere una scoperta completamente contraddittoria nel contesto della fisica classica, basata com’è (ed è tuttora) sulla piena conoscenza di entrambe le posizioni e gli impulsi di tutti gli oggetti in ogni momento.

La storia della fisica e la prevalenza della rivoluzione quantistica forniscono ora le basi della realtà fisica in cui stiamo vivendo, e le equazioni della meccanica quantistica sono le più precise e accurate di tutte le scoperte o sviluppate nella storia. Ciononostante, l’HUP continua a essere sfidato nel campo della fisica quantistica stessa, e recentemente diversi esperimenti che utilizzano fotoni e polarizzazione sono stati usati per farlo. In effetti, questi studi hanno trovato un’incongruenza nella formulazione originale di Heisenberg, in cui si è affermato che si trattava di un problema di misurazione che rendeva impossibile determinare sia la posizione che la quantità di moto. Secondo questa interpretazione originale, qualsiasi tentativo di misurazione su questa scala di materia ed energia invariabilmente disturberebbe sia la posizione (posizione nello spazio) o la quantità di moto (movimento nello spazio) della particella, perché l’energia richiesta per la misurazione potrebbe alterare o ” destabilizzare “il sistema. Quindi, uno dei principi fondamentali della fisica quantistica, l’assoluta impossibilità di una conoscenza completa sulla scala subatomica, il livello più fondamentale dell’universo.

La recente ricerca sopra menzionata ha effettivamente dimostrato che questa interpretazione dell’HUP non è accurata, e questa interpretazione si basava anche su una confusione nella formulazione originale di Heisenberg (per chiarire la discussione su questo argomento, vedere il link ai riferimenti). In termini semplificati, la recente ricerca impiega quella che viene chiamata “misurazione debole” che utilizza singoli fotoni, la cui energia non è abbastanza grande da disturbare il sistema, ottenendo risultati sperimentali chiamati “non-emolizione”. Questa procedura tecnica evita il problema di misurazione che è stato inestricabilmente (ma inaccuratamente) “intrecciato” nel formalismo dell’HUP, ma la vera fondamentale “incertezza” di tali sistemi particellari (particelle d’onda) si basa sulla loro natura fondamentale come onde, e riguardo a tutte le onde ci sono dei limiti a ciò che si può sapere su due proprietà o variabili coniugate non complementari (complementari) in un dato momento, come posizione e quantità di moto; non è un problema di misurazione, ma piuttosto un problema basato sull’insieme irriducibile di proprietà della struttura delle onde.

Mentre ci sono dei limiti a ciò che si può sapere sui fenomeni ondulatori in un dato momento, ci sono dei limiti a tali limiti. L’HUP è collegato ad altre forme di “principi di incertezza”, spesso considerati insieme come una classe di fenomeni denominati principi di incertezza di Fourier, che prendono il nome da una figura importante nella storia della scienza e della matematica, Joseph Fourier (secoli XVIII-XIX). Le ricerche scientifiche e matematiche di Fourier e molte successive hanno dimostrato che quando due proprietà non mutanti coniugate come la durata e la frequenza di un segnale sono considerate simultaneamente, il prodotto non è più piccolo di un certo limite matematico.

Tuttavia, la ricerca recente, che mira ancora ad esplorare i limiti del funzionamento sensoriale-percettivo umano, ha dimostrato che gli esseri umani sono in grado di superare i limiti precedentemente considerati sull’audizione umana imposti, in questo caso, dal principio di indeterminazione di Fourier, al tempo e alla frequenza del suono. I ricercatori del Laboratorio di Fisica Matematica della Rockefeller University hanno dimostrato che i soggetti umani potrebbero sovraperformare – “battere” – i limiti del principio di incertezza di Fourier di oltre dieci volte, rivelando “notevole acuità temporale” (Oppenheim & Magnasco 2013, pubblicato su una rivista di fisica e biofisica, Physical Review Letters).

E anche qui, in questo studio, vediamo che c’è una vasta gamma di prestazioni nel gruppo di soggetti umani e che c’è un evidente fattore chiave di allenamento, in quanto le migliori prestazioni sono state trovate in musicisti, compositori, direttori d’orchestra e ingegneri del suono. Questi professionisti sarebbero considerati nella categoria di “esperti e prestazioni eccezionali” discussi in puntate precedenti, il ramo della neuroscienza cognitiva sviluppato dal vincitore del Premio Nobel Herbert A Simon e colleghi, una branca della scienza che è stata adattata allo studio dei sensi – anche adepti percettivi (Bushell 2009). In questo adattamento del quadro scientifico, è stato dimostrato che i regimi di addestramento osservativo alla meditazione sembrano superare tutti gli altri per quanto riguarda l’intensità, l’estensività e i livelli di prestazione, come discusso in questo riferimento.

Inoltre, come accennato in precedenza e in precedenza, queste tradizioni adepte deliberatamente perseguono regimi basati sull’integrazione multisensoriale, e le prove preliminari suggeriscono fortemente che questa forma di allenamento può portare a un apprendimento percettivo transododale e persino supramodale ea cambiamenti neuroplastici vantaggiosi. In tal modo l’iperacuità temporale e spaziale risultante può trasferire tra le modalità in più modi, e l’iperacuità uditiva può quindi diventare rilevante per la percezione multimodale a livello quantico in molti modi. Nelle prossime puntate indirizzeremo una spiegazione più completa di questo modello del potenziale percettivo-sensoriale umano per considerare la recente ricerca che impiega singoli fotoni e polarizzazione nelle indagini sull’entanglement quantistico, la natura della funzione d’onda in termini di problema di misurazione, e anche il recentissimo studio straordinario dell ‘”esperimento di pensiero amico di Wigner”, che ha prodotto risultati che suggeriscono “che due osservatori possono sperimentare realtà fondamentalmente diverse” in termini fisici reali.