La prolusione dell'inaugurazione del XXVII anno accademico
8 novembre 2019
“Tutte le cose sono fatte di atomi”: questa è, secondo Richard Feynman, la congettura che contiene la massima quantità di informazione con il minimo numero di parole da lasciare a nuove generazioni di esseri pensanti dopo un eventuale cataclisma che distruggesse tutto il sapere scientifico.
Proprio per comprendere la struttura e il comportamento degli atomi fu introdotta nel secolo scorso una nuova meccanica che andasse oltre quella di Galileo e Newton.
La meccanica quantistica ha degli aspetti contro-intuitivi: un pendolo quantistico oscilla con ampiezze prefissate e non si ferma in un punto di minimo; se ho due buche separate da una barriera, una pallina quantistica si trova simultaneamente a destra e a sinistra in una realtà sovrapposta che non possiamo osservare poiché se ci provassimo troveremmo la pallina sempre a destra o a sinistra.
In generale, il principio di indeterminazione ci dice che se proviamo a misurare con precisione la velocità di una “pallina” quantistica perdiamo la capacità di sapere esattamente dove si trova: scienza astratta, quasi rivoluzionaria filosofia della conoscenza. Eppure, non c’è scienza a priori non applicabile, lo sapevano bene i padri costituenti che lavorarono all’articolo 9 della nostra Costituzione sapendo guardare lontano: “Di nessuna ricerca scientifica, anche la più astratta in apparenza, può a priori affermarsi che essa non avrà nel tempo alcun riflesso sulla economia e sulla produzione … così come non possiamo ancora prevedere le conseguenze che, nel pensiero scientifico di domani, avrà il principio di indeterminazione di Heisenberg …”
Avevano proprio ragione: una decina di anni più tardi, basandosi sul fatto che l’atomo quantistico assorbe o emette per salti di energia con colori ben definiti e che l’emissione di luce può essere stimolata e amplificata, veniva inventato il Laser, la scoperta forse più innovativa del secolo scorso. L’imprevedibilità della Scienza: “se da giovani avessimo voluto occuparci di distacco della retina e di fisica medica non saremmo andati cincischiando con l’emissione stimolata” dirà in età matura uno degli inventori del Laser. Oggi si è andati ben oltre il distacco della retina: con una nuova microscopia Laser si può fare un’immagine precisa dell’occhio, in particolare della cornea che è un modello dello stesso cervello.
Dei fondamentali della meccanica quantistica si fa un uso a volte inconsapevole, come nel caso del corpo “nero” che emette radiazione di “colore” diverso a seconda della temperatura: i miei colleghi medici lo usano ad esempio per diagnostiche termografiche.
Torniamo al Laser e alla salute del pianeta: con la luce laser che oscilla tra due masse sospese in orbita si misura la riduzione dei ghiacciai e si contribuisce a capire la complessità dei meccanismi che rendono evidente il riscaldamento globale come causa di drammatici cambiamenti climatici; con un Laser molto più in miniatura si misura la riduzione percentuale di carbonio 14 evidenziando come l’aumento dell’anidride carbonica, gas serra, sia legata all’uso di combustibili fossili da parte dell’uomo.
Ma Laser, materiali e sensori quantistici, nuove tecnologie ci servono anche per sviluppare contromisure: produciamo energia pulita dal sole con efficienza sempre maggiore e miniaturizziamo le sorgenti di luce. Un nuovo sviluppo sostenibile che ha anche un importante valore sociale: grazie a pannelli solari di nuova generazione e led piccole comunità povere in luoghi sperduti del mondo possono avere luce ed energia.
Le tecnologie quantistiche sono alla base di una nuova generazione di agricoltura, detta di precisione, che ottimizza l’utilizzo di acqua nella produzione di cibo, controlla i valori nutrizionali, la sicurezza degli alimenti, la riduzione dell’inquinamento. È un’avventura nuova, controllata dall’intelligenza artificiale, che anche qui all’Università Campus Bio-Medico di Roma si sviluppa con successo secondo le strategie ricordate dal Magnifico Rettore e dal Presidente anche in un quadro di formazione e sviluppo globale sostenibile.
Ma il mondo quantistico è legato direttamente alla salute dell’uomo e infiniti sono gli esempi di diagnostiche sempre più sensibili e precise: una recente e raffinata tecnica di NMR basata su nano-diamanti consente, ad esempio, di seguire l’attività cerebrale al livello di singole sinapsi di neuroni. Il Laser e le nuove tecnologie ottiche per la microscopia confocale ad alta risoluzione diventano sempre più uno dei principali strumenti di indagine di base per le neuroimmagini, le neuroscienze e la neuroingegneria, aprendo nuove frontiere quali la connettomica e l’optogenetica. Qui i colleghi ingegneri combinando quantistica e bionica potenziano l’interazione uomo-tecnologie per la progettazione e gestione degli organi artificiali, delle protesi sensorizzate e di dispositivi per aumentare le capacità umane. Proprio in queste settimane, si va formalizzando l’adesione italiana al gruppo di nazioni fondatrici di EBRAINS, una infrastruttura di ricerca unica al mondo che per la prima volta mette a disposizione della comunità scientifica strumenti di simulazione del cervello molto avanzati derivanti dai risultati dell’importante flagship Europea Human Brain.
È fondamentale che scienza e tecnologia siano sempre al servizio dell’uomo!
I programmi che per incarico e finanziamento del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca il CNR coordina a livello nazionale sull’intelligenza artificiale, come quello per la salute qui all’Università Campus Bio-Medico, sono “human oriented” in sinergia con le strategie europee. Il motto è “La Scienza per l’Uomo”: docenti, studenti, ricercatori condividono la cultura al servizio del bene comune.
Futuro e progresso derivano dalla fantasia e dalla multidisciplinarietà della Scienza, da quel saper curiosare nelle vetrine degli altri che ispirò Vito Volterra, fondatore del Consiglio Nazionale delle Ricerche, e qui ringrazio ancora il Presidente della Repubblica, che l’anno scorso volle celebrare con noi 95 anni di ricerche per il futuro.
La stessa idea di “cervello pensante” ci spinge a immaginare e costruire calcolatori, cervelli se volete, sempre più complessi. I transistor anch’essi prodotti dalla rivoluzione quantistica ci hanno dato calcolatori elettronici sempre più miniaturizzati e potenti. Il sogno, nemmeno tanto lontano, è quello di calcolatori quantistici che abbiano bit non più limitati a 0 e 1, ma in tutte le loro possibili sovrapposizioni. Immagazzinando così informazione virtualmente infinita, creando “intricazioni” tra q-bit anche lontani per un funzionamento in parallelo. Sono sogni, ma intanto questa è l’immagine di singoli atomi intrappolati per un nuovo registro di memoria che, quantisticamente, saltano da una buca all’altra.
In qualche modo il cervello umano sta diventando oggetto di studio per capire come possa operare con velocità e potenza non ottenibili dai calcolatori classici e con limitatissimo dispendio di energia. Una nuova strada fra il quantistico e il biologico. C’è tanto da fare con alcuni risultati incoraggianti anche qui tra i colleghi fisici di sistemi complessi.
Non si sa quali saranno gli sviluppi, ma è proprio questo il fascino della ricerca che comunque sempre produce futuro e benessere. Bisogna vedere lontano, immaginando nuove frontiere ma anche stando attenti a cogliere l’importanza di piccoli segnali come quelli che abbiamo per il calcolo quantistico. Se gli sviluppi sono imprevedibili - Guglielmo Marconi al momento della trasmissione di onde radio non avrebbe mai immaginato che oggi avremmo comunicato con la luce che viaggia in fibra in un mondo sempre più interconnesso - le grandi avventure spesso partono in sordina nelle intimità delle menti e dei laboratori. Pochi giorni fa al CNR ricordavamo il giorno del cinquantenario del primo collegamento internet. Era il 29 ottobre 1969 e quasi nessuno al mondo si accorse di quel primo messaggio tra le università di Los Angeles e Stanford: faceva certamente più clamore lo sbarco dell’uomo sulla Luna. Eppure, da quel piccolo bip partiva una grande rivoluzione sia tecnologica che sociale. Non ci fermiamo, accumuliamo e gestiamo enormi quantità di dati, la criptografia quantistica è una strada rivoluzionaria per comunicare garantendo la privacy, facciamo parlare tra loro le macchine, vorremmo un web quantistico!
Per fortuna ci sono giovani talenti appassionati, anche qui: qualcuno sicuramente produrrà qualcosa di imprevedibile e di utile per un futuro che continui ad essere sempre tra noi. Il nostro dovere è quello di renderli liberi di costruire nuove rivoluzioni come è stato per la fisica quantistica, una biologia quantistica?
"Chi può comprendere il mondo che verrà?” A questa domanda giustappunto l’inventore di internet, Leonard Kleinrock, rispondeva recentemente: “ask your kids!” Dobbiamo saper insegnare ed avere fiducia nelle giovani generazioni e, per cominciare, lasciare loro in eredità, anche grazie ad un uso appropriato delle tecnologie più avanzate, un pianeta in salute!
