Il grande sconosciuto: i lettori rispondono

Sul letto di morte, secondo la sua segretaria Alice B. Toklas, Gertrude Stein ha chiesto: Qual è la risposta? Non ricevendo risposta, continuò, Allora, qual è la domanda?

La curiosità umana e il nostro insaziabile impulso a porre domande guidano la ricerca scientifica. Nel numero di luglio di Technology Review, i lettori hanno avuto la possibilità di formulare il proprio elenco delle più importanti domande scientifiche senza risposta. Presentato con un elenco di 14 domande che il presidente della Carnegie Institution Maxine Singer e io abbiamo affermato essere tra le più importanti nel nostro libro Why Are not Black Holes Black? Le domande senza risposta alle frontiere della scienza, quasi 200 lettori hanno commentato l'elenco sostituendo le loro domande preferite con le nostre. l La maggior parte degli intervistati ha concordato con la nostra premessa che la scienza, sfidata da innumerevoli affascinanti domande senza risposta, è lungi dall'essere finita. Ma molti lettori hanno anche identificato ciò che hanno visto come gravi omissioni e alcuni hanno denunciato sonoramente la nostra lista come fuorviante, elitaria o ingenua. In breve, l'indagine ha dimostrato che mentre gli scienziati sono generalmente convinti che le risposte si ottengono con un certo grado di obiettività, la nostra scelta delle domande è altamente soggettiva. Ecco cosa i lettori di Technology Review hanno identificato come le domande più avvincenti che la scienza deve affrontare oggi.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 1997

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La domanda più frequente

I lettori di Technology Review hanno posto più di 100 domande diverse, ma quasi un terzo di tutti gli intervistati, di gran lunga le più grandi domande poste dal gruppo sulla mente, il cervello e la natura della coscienza, sono in cima alle loro liste. Tra le varie domande relative a questo argomento c'erano: come funziona la mente? Cosa sono le emozioni? Che cos'è l'amore? Possiamo costruire una macchina consapevole? Qual è l'origine della creatività? Cosa significano i sogni? Perché rispondiamo alla musica?

Queste domande contrastano con la nostra domanda più ristretta: quali sono le origini fisiche della memoria? che un lettore ha descritto come quasi ridicolmente semplice in confronto al tentativo di comprendere la coscienza. Molti dei più profondi pensatori della scienza, inclusi i vincitori del Premio Nobel Francis Crick e Gerald Edelman, e il matematico Roger Penrose, sarebbero d'accordo con i lettori di Technology Review che quest'ultimo Cos'è la coscienza? è la domanda senza risposta più fondamentale riguardante il cervello. Crick, che definisce la coscienza come attenzione e memoria a breve termine, nel suo libro The Astonishing Hypothesis ha richiesto uno sforzo di ricerca intensificato.

Ma la distinzione tra le domande sulla memoria e quelle sulla coscienza solleva un punto chiave sulla natura della scienza. Perché una domanda sia scientifica, deve poter rispondere attraverso un processo riproducibile di osservazione, esperimento e teoria. Lo studio della coscienza, al contrario del cervello fisico, è scientifico? Molti ricercatori, tra cui l'informatico di Stanford Terry Winograd e il defunto fisico Richard Feynman, non sono convinti che sia possibile trovare una definizione fisiologica concreta della coscienza, tanto meno un protocollo sperimentale univoco per il suo studio, in tempi brevi. Essi sostengono che, poiché manca una chiara strategia di ricerca, la coscienza deve per il momento trovarsi al di fuori del dominio della scienza.

In effetti, la maggior parte delle domande senza risposta sul pensiero umano sembrano cadere da qualche parte nel nebuloso regno tra filosofia e scienza. Che cos'è un'idea? Che cos'è un'emozione? Cosa significa essere curiosi o sapere qualcosa? È difficile vedere come queste domande astratte possano essere ridotte in modo netto a una proprietà collettiva dei tessuti cerebrali, né è ovvio come fare il salto da gigante dal concetto di pensiero a un esperimento riproducibile in laboratorio.

Il problema della coscienza è stato meditato da una miriade di scienziati e filosofi, da riduzionisti dichiarati che si aspettano che il pensiero e l'emozione possano essere spiegati dai soli neuroni agli scettici che negano ogni speranza di comprensione fisica. Il filosofo dell'Università della California David Chalmers adotta un'utile visione intermedia dividendo la domanda Che cos'è la coscienza? in quello che lui chiama il problema facile e il problema difficile.

Il problema facile si concentra sulla meccanica della coscienza: come possono gli esseri umani isolare gli stimoli esterni e reagire ad essi? In che modo il cervello elabora le informazioni per controllare il comportamento? Come possiamo articolare le informazioni sul nostro stato interno? I neurobiologi hanno a lungo affrontato aspetti di queste domande, suscettibili di uno studio sistematico più o meno allo stesso modo in cui i ricercatori sondano i meccanismi fisici della memoria. Forse, con molti decenni di intensa ricerca, è possibile rispondere a tali domande.

Il problema difficile, d'altra parte, riguarda le connessioni intangibili tra il cervello fisico e l'autoconsapevolezza, l'emozione, la percezione e il ragionamento. Come può la musica evocare un senso di nostalgia, o una poesia profonda tristezza? In che modo la lettura di un libro stimola curiosità o frustrazione? Quali sono le strutture e i processi fisici che producono amore, paura, malinconia o avidità?

Alcuni ricercatori credono che, a tempo debito, una comprensione della coscienza seguirà naturalmente dalla ricerca sul cervello fisico. Altri sostengono una prospettiva radicalmente nuova. Chalmers, per esempio, fa la sorprendente affermazione che la coscienza debba essere accettata come una caratteristica dell'universo completamente distinta dagli attributi fisici precedentemente riconosciuti, come materia, energia, forze e movimenti. Forse, dice, la coscienza è una proprietà intrinseca (ancora non riconosciuta) dell'informazione.

Cos'è la coscienza? Per il momento, gli studiosi non possono nemmeno essere d'accordo su cosa significhi esattamente la domanda, tanto meno immaginare la forma che potrebbe assumere una risposta. Per quanto lontano nel futuro qualcuno si preoccupi di prevedere, questo più grande mistero della mente umana può rimanere.

I ricordi sono diversi; sono più tangibili e strettamente definiti. Ad un certo livello, i ricordi sono un tipo di informazioni che possono essere archiviate, richiamate, alterate o cancellate, tutte attività familiari nell'era dei computer. È concepibile che ogni ricordo sia immagazzinato nel cervello come una molecola o un insieme di molecole che trasporta un messaggio. In alternativa, i ricordi potrebbero essere cablati in reti di cellule cerebrali, o forse sono costituiti da potenziali elettrici che pervadono l'intero cervello. Qualunque sia la natura dei ricordi, possiamo nutrire la speranza che le risposte si traducano in uno studio intelligente e persistente.

C'è un'altra ragione per cui la ricerca per comprendere la memoria occupa una posizione centrale nello studio del cervello umano. Consapevolezza, percezione e pensiero dipendono dalla ricezione di informazioni attraverso i nostri sensi e dall'analisi di tali informazioni nel contesto di modelli appresi di modelli di esperienza registrati come ricordi. Non possiamo essere autocoscienti senza un contesto di esistenza e una storia personale ricordati. Comprendere la base fisica dei ricordi, quindi, è un passo essenziale per sapere cosa significa essere umani, essere consapevoli dei ricordi.

Un passo indietro

Una serie di domande affascinanti sulla struttura fisica dell'universo sono apparse più volte nelle risposte al sondaggio: Che cos'è la gravità? Che ora è? Qual è la connessione tra il mondo quantistico e quello macroscopico? Qual è il rapporto tra la matematica e il mondo fisico? Queste sono buone domande. Tutti sono oggetto di ricerche e dibattiti attuali e ognuno di essi potrebbe essere inserito in una lista dei primi 20.

Ma altre domande, piuttosto simili per tono e contenuto, sono più problematiche. Possiamo sviluppare l'antigravità? Possiamo sviluppare il viaggio nel tempo? La materia può essere trasportata attraverso lo spazio se non fisicamente? Ognuna di queste domande postula tecnologie che sono al di fuori delle attuali leggi fisiche. Questo non vuol dire che tali tecnologie siano impossibili. È solo che la scienza, al momento, non ha modo di affrontare tali speculazioni.

Ancora altre domande affrontano lo spazio e il tempo da una prospettiva più filosofica: qual è il significato della meccanica quantistica? Perché la velocità della luce è quella che è, o perché la velocità della luce è così lenta? Perché le costanti fondamentali sono ciò che sono? La linea tra scienza e filosofia è spesso confusa quando ci chiediamo perché la natura si comporta in quel modo. Gli scienziati possono misurare la velocità della luce con una precisione squisita, ma il motivo per cui ha quel particolare valore può sfidare la teoria attuale.

Allo stesso modo, diversi lettori hanno chiesto se potrebbero esistere universi alternativi, forse con diverse costanti fisiche. Senza osservazioni specifiche per supportare o negare queste idee, gli universi alternativi sono al di fuori del dominio della scienza odierna.

Preoccupazioni sociali

Molti lettori ci hanno condannato per non aver riconosciuto le scienze sociali. Un lettore chiede: Dove sono le grandi domande riguardo al dominio della [società] umana? Un altro osserva, Concentrandosi sulle scienze naturali, e ignorando completamente le scienze sociali, entrambi gli autori trascurano di menzionare le aree della nostra più grande ignoranza: le domande senza risposta della sociologia, dell'economia, delle scienze politiche, della psicologia sociale.

Colpevole come accusato. Fatta eccezione per la nostra domanda limite sulla genetica comportamentale (il comportamento è dettato dai geni?), ci siamo limitati alle scienze fisiche e della vita. Un'indagine simile alla nostra dal punto di vista delle scienze sociali sarebbe affascinante, soprattutto a giudicare dalle seguenti domande: la guerra è inevitabile? Possiamo raggiungere la pace nel mondo? Come nascono le società? Qual è il modo migliore per crescere un bambino? Quali sono i ruoli relativi della natura rispetto all'educazione? Qual è la fonte dell'impulso religioso? Quali sono le regole dell'economia? Quali sono i ruoli del lavoro e del tempo libero? Sebbene tali domande non siano nell'agenda della ricerca scientifica, i lettori che le hanno poste possono rallegrarsi del fatto che questi problemi siano ora nella corrente principale della ricerca sociologica.

Conoscenza specializzata

Una serie di domande dei lettori sembra strettamente focalizzata e specifica. Ad esempio: qual è la natura della turbolenza? Perché le femmine umane sono più piccole dei maschi? Come viene generato il North Pacific High? Quali sono le dinamiche a breve termine delle stelle di tipo solare? Possiamo sviluppare la fotosintesi sintetica? Possiamo comprendere i principi fondamentali dei catalizzatori? Quali sono le cause delle ere glaciali? Come funziona uno specchio? Cosa causa il fulmine globulare?

Tutte queste domande sono affascinanti, ma non le metterei in cima alla mia lista. Tuttavia, determinare tali classifiche è un processo soggettivo che la comunità scientifica deve affrontare continuamente. La graduatoria entra in gioco con maggiore forza nel mondo quotidiano nell'assegnazione di premi e borse di ricerca. I premi accademici e il prestigio ad essi associato vengono solitamente conferiti per lavori percepiti come fondamentali e basilari. La scoperta del nucleo atomico da parte di Ernest Rutherford, la spiegazione del legame chimico di Linus Pauling e il disfacimento della struttura del DNA di James Watson e Francis Crick sono stati tutti riconosciuti dai Premi Nobel. Periodici prestigiosi come Science and Nature possono avere spazio solo per il 10% di tutti gli invii. Pertanto, le accettazioni si basano in larga misura sull'importanza percepita della domanda affrontata.

Le borse di ricerca, d'altro canto, vengono generalmente concesse da agenzie governative, ad esempio i Dipartimenti del Commercio, della Salute e dei Servizi Umani, della Difesa e dell'Energia, che hanno in mente specifici obiettivi pragmatici. Molti scienziati, di conseguenza, diventano abili nel razionalizzare la loro ricerca di base dimostrando come questa ricerca sia essenziale per risolvere problemi applicati.

Chiaramente, l'importanza relativa che diamo alle domande è altamente soggettiva. Ogni cultura pone domande diverse, riflettendo le loro diverse credenze ed esperienze. Tutte le culture prima o poi si interrogano sulla vasta scala dell'universo e sull'antica origine della vita. Non tutte le culture, però, si chiedono quante stelle esistono o l'età esatta delle specie fossili, tanto meno come si evolvono questi oggetti. In definitiva, fare la domanda giusta al momento giusto è una parte fondamentale dell'arte di fare scienza.

Ben oltre la scienza

Forse la più affascinante delle risposte dei lettori sono state le numerose domande che sono, per ampio consenso, al di fuori del dominio della scienza. Alcuni esempi: esiste un dio? Cosa è successo prima del Big Bang? Cosa succede dopo la morte? Qual è la natura del male? L'universo è infinito? Ci sono regni di coscienza o realtà che normalmente non percepiamo?

La scienza affronta solo quelle domande a cui è possibile rispondere con osservazioni riproducibili, esperimenti controllati e teorie guidate dalla logica matematica. Questa distinzione tra indagine scientifica e non scientifica, sebbene a volte confusa, non è né frivola né arbitraria.

La scienza può rivelare se un dipinto è vecchio, ma non può determinare se il dipinto è bello. Può essere usato per dedurre le origini dell'universo fisico, ma non può razionalizzare il motivo per cui siamo qui a meditare sulla sua esistenza. Molte delle domande più importanti che dobbiamo affrontare: qual è il significato della vita? Chi dovrei sposare? C'è un Dio?-così si trovano al di fuori del suo dominio. Una tale consapevolezza ha portato l'economista e filosofo Kenneth Boulding a sottolineare, solo in parte per scherzo: la scienza è l'arte di sostituire domande senza importanza a cui si può rispondere a domande importanti che non possono.

Alcune domande che si trovano ai confini della scienza sono più difficili da classificare. Gli scienziati sono divisi, ad esempio, sulle domande che diversi lettori hanno proposto riguardo alla percezione extrasensoriale, alla precognizione, alla numerologia e alla psicocinesi. Mentre molti ricercatori raggruppano queste idee nell'ampia categoria della pseudoscienza, è possibile eseguire esperimenti riproducibili per testare individui che affermano di possedere tali capacità.

Bisogni umani e nuove tecnologie

Diversi intervistati ci hanno rimproverato per aver trascurato le domande che affrontano urgenti bisogni umani. La scienza più significativa fatta dagli esseri umani, secondo un lettore, sarà collegabile alla scala umana, influenzerà la società umana in qualche modo plausibile. Le domande di Hazen falliscono questo test.

Tra queste domande poste dai lettori ci sono: possiamo estendere la durata della vita umana? La morte è inevitabile? Come possiamo aumentare la produzione alimentare? Qual è il ciclo globale dell'acqua della Terra? L'ecosistema terrestre si autocorregge? Possiamo sviluppare sostituti sintetici per gli organi del corpo? Quali sono le cause del tempo? Possiamo dirigere l'evoluzione? Possiamo costruire un processo di recupero dalla prossima era oscura, supponendo che ci sia una prossima era oscura?

Altri hanno proposto domande relative allo sviluppo di nuove tecnologie: possiamo sviluppare nuove tecnologie energetiche? (Questa era anche la base della nostra quinta domanda. Possiamo sviluppare il viaggio spaziale umano? Quali sono i limiti alla velocità del computer? Cosa sarà possibile attraverso le nanotecnologie?

La difficoltà di giudicare l'importanza relativa delle domande applicate è ben illustrata dagli sforzi per trovare una cura per l'AIDS. Le scoperte di base relative ai virus, al DNA e al sistema immunitario, ad esempio, potrebbero non avvantaggiare direttamente nessuno ora infetto dall'HIV, ma alla fine saranno essenziali per trovare cure per molte malattie, forse incluso l'AIDS. La scoperta di un vaccino specifico per l'AIDS, al contrario, potrebbe non portare a nessuna nuova comprensione fondamentale dei sistemi biologici, ma avrebbe un effetto immediato e profondo su milioni di persone. Sembrerebbe prudente, quindi, che qualsiasi strategia di finanziamento della ricerca sull'AIDS trovi un equilibrio tra gli sforzi di base e quelli applicati.

Anche questo cambierà

Secondo un lettore attento, le domande di Hazen e Singer sono un lotto stranamente incerto che affronta livelli diversi in modo non sistematico... La lista è troppo una creatura delle nostre attuali preoccupazioni; non è costruito per resistere alla prova del tempo.

Non potremmo essere più d'accordo. L'elenco cambierà per tre motivi. In primo luogo, le domande scientifiche sono intrinsecamente risolvibili, quindi le domande possono, in effetti, avere una risposta. Due secoli fa, una delle più grandi domande della scienza era come ottenere un metodo affidabile per determinare la longitudine. Mezzo secolo fa, la ricerca dei meccanismi molecolari della genetica ha consumato migliaia di biologi. Ora, sorgono nuove domande per sostituire le vecchie.

In secondo luogo, le domande profonde non sono sempre ovvie, quindi possono essere scoperte nuove domande. Mentre la nascita dell'universo, l'origine della vita e l'inevitabilità dell'invecchiamento e della morte hanno suscitato speculazioni per migliaia di anni, altre domande avvincenti, come la natura dell'energia, il funzionamento dei geni e il mistero della materia oscura, sono molto più sottili, emergono dalla fastidiosa persistenza di osservazioni strane e bit di dati anomali. Gradualmente, nell'arco di decenni o addirittura secoli, diventiamo consapevoli di una mancanza fondamentale nella nostra comprensione del mondo fisico, e un profondo mistero, una nuova domanda, viene pienamente alla luce.

Terzo, alcune domande non sono ora scientifiche, ma potrebbero esserlo un giorno. Prima della scoperta di galassie lontane da parte di Edwin Hubble, la domanda su come sia iniziato l'universo era al di fuori della scienza osservativa. Senza dati rilevanti, era una questione di speculazione filosofica. Ma, una volta che gli astronomi hanno capito cosa cercare, l'origine dell'universo è entrata nel mainstream della ricerca scientifica. Allo stesso modo, che cos'è il tempo? e, secondo me, cos'è la coscienza? sono oggi più questioni di filosofia che di scienza, sebbene tale situazione possa cambiare man mano che impariamo di più sulla materia, l'energia e il cervello. E chissà quali domande non abbiamo ancora pensato di fare? Ma questa è la parte divertente.

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