Al momento stai visualizzando Avremo mai una teoria fondamentale della vita e della coscienza?
  • Categoria dell'articolo:Fisica / Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:6 Aprile 2023

Qual è la differenza tra un insieme vivente di materia, come una tartaruga, e un suo pezzo inanimato, come una roccia? Dopotutto, sono entrambi costituiti solo da atomi non viventi. La verità è che non lo sappiamo ancora. La vita sembra in qualche modo emergere da parti non viventi.

La fisica del mondo vivente alla fine sembra contraddire la seconda legge della termodinamica: un sistema chiuso diventa più disordinato nel tempo, aumentando quella che i fisici chiamano entropia. I sistemi viventi hanno una bassa entropia. Un grumo di tessuto disordinato nell’utero, ad esempio, può crescere in uno stato altamente ordinato di un piede con cinque dita.

“Manteniamo questo alto senso dell’ordine per molti, molti decenni”, spiega Jim Al-Khalili, giornalista e illustre professore di fisica all’Università del Surrey nel Regno Unito. “È solo quando moriamo che entra in gioco l’entropia e la seconda legge della termodinamica.”

La biologia quantistica è un approccio per capire come la materia vivente sia diversa dalla materia inanimata. Si basa sullo strano mondo della meccanica quantistica, che governa il micromondo delle particelle e degli atomi. L’idea è che i sistemi viventi possano utilizzare la meccanica quantistica a proprio vantaggio, promuovendo o arrestando i processi quantistici.

“L’evoluzione ha avuto abbastanza tempo per mettere a punto le cose o per impedire alla meccanica quantistica di fare qualcosa che la vita non vuole che faccia”, spiega Al-Khalili, che svolge ricerche nell’area. “È una nuova area della scienza.”

Un esempio, anche se ancora controverso, è la fotosintesi, il processo in cui piante o batteri assorbono particelle di luce solare, i fotoni, e le convertono in energia chimica. Alcuni fisici ritengono che una proprietà quantistica nota come sovrapposizione – che consente a una particella di trovarsi in molti stati possibili, come prendere percorsi diversi, contemporaneamente – consenta questo processo.

“Un pezzo di energia come un fotone che rimbalza in modo casuale dovrebbe semplicemente essere perso come calore disperso”, spiega Al-Khalili. “C’è una spiegazione nella meccanica quantistica per come quel fotone segua più percorsi contemporaneamente.”

Al-Khalili e i suoi colleghi stanno ora usando la biologia quantistica per cercare di comprendere le mutazioni del DNA – una parte fondamentale della vita – e hanno già fatto alcune scoperte intriganti. E mentre non è convinto che l’approccio sarà mai in grado di spiegare la coscienza, sostiene che non possiamo escluderlo.

Sara Walker, astrobiologa e fisica teorica che lavora come professore presso l’Arizona State University negli Stati Uniti, preferisce un altro approccio, tuttavia. Sta cercando di creare una nuova teoria fisica della vita basata sulla teoria dell’informazione, che considera le informazioni reali e fisiche.

L’informazione sembra essere cruciale per la vita. Gli organismi viventi hanno un insieme intrinseco di istruzioni, il DNA, che le cose non viventi semplicemente non hanno. Allo stesso modo, quando gli esseri viventi inventano cose, come i razzi, fanno affidamento su informazioni, come la conoscenza delle leggi della fisica, immagazzinate nella loro memoria.

Possiamo utilizzare le attuali leggi della fisica per prevedere l’evoluzione di un pianeta nel tempo, ad esempio se e quando è probabile che gli oggetti vicini si schiantino contro di esso. Ma non possiamo usare le leggi per spiegare come e quando gli esseri intelligenti sorgono e decidono di costruire razzi e satelliti che lanciano in orbita attorno al pianeta.

“Penso che ci siano leggi della fisica ancora da scoprire che spiegano i fenomeni della vita, e penso che abbiano a che fare con il modo in cui l’informazione struttura la realtà in un certo senso”, spiega Walker.

Walker ritiene che gli organismi viventi siano più complessi e difficili da assemblare da elementi costitutivi fondamentali rispetto agli oggetti inanimati prodotti naturalmente, come le molecole semplici. E quando esistono esseri viventi semplici, sembrano generare ancora più complessità, sia per evoluzione che per costruzione.

Quindi Walker crede che la vita generi un improvviso aumento di complessità che potrebbe avere una soglia che potrebbe essere una caratteristica fondamentale nella fisica della vita. Un’altra parte centrale della sua teoria è il tempo. “Più un oggetto è profondo nel tempo, maggiore è l’evoluzione necessaria per produrlo.”

Walker ha progettato un esperimento per osservare come si formano le molecole unendo pezzi più piccoli in vari modi. Dice che il team non ha trovato alcuna prova che le molecole ad alta complessità possano essere prodotte da cose non viventi. L’obiettivo finale è individuare un’origine della vita in cui un sistema chimico possa generare la propria complessità.

Questo non solo potrebbe aiutarci a capire come la vita nasce da elementi costitutivi non viventi, ma potremmo anche usarlo per cercare la vita su altri mondi nel cosmo.

Autore

Miriam Frankel, The Conversation, Jim Al-Khalili, Sara Imari WalkerJim