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Ultimamente si tende a evitare la sperimentazione animale al di fuori di casi piuttosto particolari, e si sta cercando di andare verso soluzioni più etiche, ma anche più economiche e dalla risposta più vicina a quella dell'organismo umano. Di conseguenza, si cerca di sviluppare i cosiddetti organ-on-chips o micro-physiological systems, sistemi in vitro che vanno a mimare la situazione fisiopatologica in vivo.

[...] Come hanno fatto? Guardando alla cellula e capendo che le cellule sono dei computer altamente performanti. Quindi, se noi capiamo come funzionano questi computer e quali leggi li governano, possiamo riscriverne le leggi e conferire alle cellule nuove funzionalità.

Ritengo che sia questo il compito che l'intelligenza artificiale deve assumersi: svolgere i lavori a carico cognitivo più basso, lasciando le persone libere di utilizzare al meglio la propria intelligenza ... La tecnologia deve essere uno strumento per la nostra evoluzione cognitiva.

La dualità mente-corpo ha forse a che fare con la meccanica quantistica? Nonostante tutto quello che abbiamo scoperto di recente sul modo in cui il cervello codifica e manipola l'informazione per controllare il nostro comportamento, rimane un grande mistero: come è possibile che queste azioni neurochimiche portino al «sé», alla «vita interiore»? Come si genera la sensazione di essere quelli che siamo?

La computazione quantistica potrebbe trovare la sua ragion d'essere gettando luce sul ruolo dell'informazione nella fisica di base. Forse riusciremo sia a costruire nuove e potenti macchine, sia a raggiungere un nuovo modo di intendere il mondo dei quanti. Sarebbe uno dei rari momenti nella storia della scienza in cui un'altra disciplina si fonde con la fisica per fare luce sulla sua struttura di base.

Andrew Steane: "Il campo della computazione quantistica si avvale dell'apporto di idee che provengono dalla teoria dell'informazione, dall'informatica e dalla fisica quantistica. Tra le loro applicazioni ricordiamo la crittografia quantistica, l'uso dell'entanglement per la trasmissione affidabile degli stati quantici (teletrasporto), correzione quantistica degli errori e computazione quantistica."

L'interpretazione a molti mondi spiega il paradosso del gatto di Schrödinger: esiste un universo in cui il gatto è vivo e un altro in cui è morto. Il decesso non avviene quando un osservatore apre la scatola facendo collassare la funzione d'onda, ma logicamente quando la fiala di veleno si rompe nel corrispondente universo. Con la stessa nonchalance si spazza via la spettrale azione a distanza e la non-località.

Secondo l'interpretazione a molti mondi, ogni processo quantistico porta in un certo senso alla frammentazione della realtà. Tutte le possibilità si realizzano, ognuna in un universo differente, che si comporta come se la misura dell'evento avesse scelto il valore corrispondente. Poiché si presume che questo processo avvenga fin dalla nascita del tempo, esiste un numero grottescamente alto di universi paralleli.

Vedere un mondo in un granello di sabbia
E un paradiso in un fiore selvatico,
Tenere l'infinito nel palmo della mano
E l'eternità in un'ora.

William Blake, Gli auguri dell'innocenza

I quark e leptoni paiono essere le uniche vere particelle elementari. Immaginiamo adesso di riuscire a incrementare il potere di risoluzione dei nostri strumenti (l'energia dei nostri acceleratori) miliardi di volte. Quark e leptoni ci apparirebbero sempre come punti? O forse inizieremmo a vedere una certa struttura, magari una nuvola sfumata in cui scorgiamo un iperatomo con un ipernucleo e iperelettroni?

Alla scala di Planck, sappiamo per certo che la gravità non si può più considerare un fenomeno non quantistico. Qui lo spazio e il tempo classicamente intesi diventano una stravagante schiuma quantistica, un caos ribollente. Una corretta teoria quantistica della gravità deve prevedere nel dettaglio cosa accade anche a questa infinitesima scala.

La computazione quantistica promette di offrire un «sistema di trattamento dell'informazione così potente che al confronto il calcolo digitale tradizionale sembrerà un focherello rispetto a un reattore nucleare».

La fondamentale equazione di Schrödinger, se applicata a metalli, isolanti e (i piùprofittevoli) semiconduttori, ci ha permesso di inventare particolari interruttori e meccanismi di controllo indispensabili in apparati come computer, acceleratori di particelle, robot che costruiscono automobili, videogiochi e aeroplani in grado di atterrare con qualsiasi tempo.

Quando l'universo era molto giovane e aveva una temperatura tremendamente alta, in giro c'era tanta materia quanto antimateria. Se questa perfetta simmetria fosse durata alla lunga tutto si sarebbe annichilato in una nuvola di fotoni e oggi non saremmo qui a raccontarcela invece esistiamo perché per motivi ancora ignoti nell'universo è rimasta la materia e non l'antimateria.

Tante meraviglie e tanti shock prima o poi porteranno all'emergenza di concetti di inconcepibile bellezza. È successo nel passato e penso accadrà ancora. Gli artisti creano visioni estetiche con l'armamentario della loro immaginazione. La bellezza della scienza sta invece nell'accorgersi della grazia naturale...

Tutte le forze a noi note sono di tipo locale: diminuiscono con la distanza e si propagano a velocità rigorosamente non superiori a quelle della luce. Ma un giorno è saltato fuori un certo signor Bell, che ci ha costretto a considerare un nuovo tipo di interazione, non-locale, che si propaga istantaneamente e non si indebolisce all'aumentare della distanza. E ha pure dimostrato sperimentalmente che esiste.

Il teorema di Bell affronta una classe di tentativi volti a riportare in auge il determinismo attraverso variabili nascoste, cioè a confermare la fiducia di Einstein nel realismo classico
I risultati non lasciavano dubbi: le teorie secondo cui le particelle hanno proprietà classiche e ben definite erano da considerarsi errate
Fu la prova di quanto la teoria quantistica fosse profonda e al tempo stesso controintuitiva

Bohr insisteva su un aspetto: due particelle, una volta diventate entangled a causa di un evento microscopico, lo rimangono anche se si allontanano a distanze siderali. La funzione d'onda che descrive A che B aggroviglia le opzioni; quando misuriamo A o B, la funzione cambia simultaneamente in ogni luogo dello spazio, senza che nessuno emetta segnali osservabili che viaggiano a velocità superiori a quella della luce.

Einstein, Podolsky e Rosen si imbarcarono in una precisa missione: dimostrare l'incompletezza della fisica quantistica.
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La sostanza dell'obiezione di Einstein è questa: Sono d'accordo sul fatto che non potremo mai conoscere con esattezza posizione e quantità di moto di un corpo, ma che c'è di male nel ritenere che il corpo stesso abbia queste caratteristiche, ben definite e simultanee, in ogni istante?

La teoria quantistica di Bohr e Heisenberg rigettava l'esistenza delle variabili nascoste e abbracciava invece casualità e indeterminazione, come caratteristiche fondamentali della natura, il cui effetto era esplicitamente esibito a livello microscopico. Se non possiamo prevedere l'esito di un esperimento, non possiamo certo prevedere il futuro degli eventi: come filosofia naturale, il determinismo ha fallito.

Nessuno metteva in dubbio i trionfi della meccanica quantistica, così impressionanti da spingere qualche specialista a dichiarare chimica e biologia «semplici» branche della fisica. Il problema era l'interpretazione probabilistica, una netta dipartita dal realismo classico, cioè dalla convinzione che, anche a livello atomico, gli oggetti esistono, sono reali e hanno proprietà ben definita, che li si osservi o meno.

ORAZIO Oh, giorno e notte insieme,
quale straniera meraviglia è questa!

AMLETO E come tale dalle il benvenuto!
Ci son più cose in cielo e in terra, Orazio,
che non sogni la tua filosofia.

William Shakespeare, Amleto

Secondo l'ortodossia dell'interpretazione di Copenaghen (parola di Bohr), la particella esiste davvero in vari luoghi e con varie proprietà, in uno stato quantico misto, e ogni eventualità osservabile ha una sua probabilità associata. Sommando tutte le possibilità, cioè guardando dappertutto, otteniamo la certezza.
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La misurazione, dunque, forza il sistema ad assumere uno stato definito a un istante definito.

Se pensiamo al fatto che un pelo ciliare di una pulce contiene mille miliardi di miliardi di atomi, capiamo perché gli oggetti macroscopici, elementi della nostra esperienza quotidiana, non servono a nulla nella comprensione della realtà microscopica.

Capiamo adesso come mai non attraversiamo i muri o non oltrepassiamo i tavoli con la mano, anche se gli elementi (cioè gli orbitali atomici) sono al 99 per cento costituiti da spazio vuoto: gli elettroni del nostro corpo non riescono ad avvicinarsi a quelli del tavolo e del muro, perché gli è proibito dal principio di esclusione di Pauli.

La formazione delle molecole è un processo di «completamento degli orbitali» in cui gli atomi, anche a spese degli elettroni di atomi vicini, cercano di arrivare a una configurazione stabile e di minimo livello di energia, il che avviene in genere quando gli orbitali sono completi.

Il segnale trasmesso dalle cellule nervose per produrre pensieri e sensazioni sfrutta la cosiddetta «pompa ionica». Questo meccanismo fa uscire ioni sodio ed entrare ioni potassio attraverso la membrana della cellula, grazie alla sofisticata mediazione di specifiche proteine presenti nella membrana stessa. La vita si poggia su un delicato equilibrio di legami ionici e covalenti.

Gli elettroni, in un certo senso, ruotano su se stessi in modo incessante, come microscopiche trottole. Questa rotazione (spin), dal punto di vista quantistico, può avvenire in due modi, che sono detti up e down. Ecco perché due elettroni possono tranquillamente stare nello stesso orbitale 1S e rispettare il diktat di Pauli: basta che abbiano spin opposti perché si vengano a trovare in stati quantici diversi.

I sistemi fisici tendono a organizzarsi in modo da rimanere nello stato di minore energia possibile. Negli atomi, le regole quantistiche e l'equazione di Schrödinger forniscono le configurazioni ammesse in cui gli elettroni possono muoversi, gli orbitali, ognuno dei quali ha un suo preciso livello energetico. Ogni orbitale ha spazio solo per un massimo di due elettroni!