La stessa piattaforma fondamentale che consente al gatto di Schrödinger di essere sia vivo che morto, e significa anche che due particelle possono "parlarsi" anche a distanza di una galassia, potrebbe aiutare a spiegare forse i fenomeni più misteriosi: il comportamento umano.
La fisica quantistica e la psicologia umana possono sembrare del tutto indipendenti, ma alcuni scienziati pensano che i due campi si sovrappongano in modi interessanti. Entrambe le discipline tentano di prevedere come i sistemi indisciplinati potrebbero comportarsi in futuro. La differenza è che un campo mira a comprendere la natura fondamentale delle particelle fisiche, mentre l'altro tenta di spiegare umano natura - insieme ai suoi fallimenti intrinseci.
"Gli scienziati cognitivi hanno scoperto che ci sono molti comportamenti umani" irrazionali "", ha detto a Live Science in una e-mail Xiaochu Zhang, un biofisico e neuroscienziato dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina a Hefei. Le teorie classiche del processo decisionale tentano di prevedere quale scelta farà una persona in base a determinati parametri, ma gli umani fallibili non si comportano sempre come previsto. Ricerche recenti suggeriscono che questi vuoti nella logica "possono essere ben spiegati dalla teoria della probabilità quantistica", ha detto Zhang.
Zhang è tra i fautori della cosiddetta cognizione quantistica. In un nuovo studio pubblicato il 20 gennaio sulla rivista Nature Human Behaviour, lui e i suoi colleghi hanno studiato come i concetti presi in prestito dalla meccanica quantistica possano aiutare gli psicologi a prevedere meglio il processo decisionale umano. Durante la registrazione delle decisioni prese dalle persone su un compito psicologico ben noto, il team ha anche monitorato l'attività cerebrale dei partecipanti. Le scansioni hanno evidenziato regioni cerebrali specifiche che potrebbero essere coinvolte in processi di pensiero di tipo quantistico.
Lo studio è "il primo a supportare l'idea della cognizione quantistica a livello neurale", ha detto Zhang.
Fantastico - ora cosa significa veramente?
Incertezza
La meccanica quantistica descrive il comportamento delle minuscole particelle che compongono tutta la materia nell'universo, in particolare gli atomi e le loro componenti subatomiche. Un principio centrale della teoria suggerisce una grande incertezza in questo mondo di piccolissimo, qualcosa che non si vede su scale più grandi. Ad esempio, nel grande mondo, si può sapere dove si trova un treno sulla sua rotta e quanto velocemente sta viaggiando, e dati questi dati, si potrebbe prevedere quando quel treno dovrebbe arrivare alla stazione successiva.
Ora, scambia il treno con un elettrone e il tuo potere predittivo scompare - non puoi conoscere la posizione esatta e lo slancio di un dato elettrone, ma puoi calcolare la probabilità che la particella possa apparire in un determinato punto, viaggiando in un tasso particolare. In questo modo, potresti avere un'idea vaga di ciò che l'elettrone potrebbe fare.
Proprio come l'incertezza pervade il mondo subatomico, si inserisce anche nel nostro processo decisionale, sia che stiamo discutendo su quali nuove serie da sorvegliare, sia che esprimano il nostro voto nelle elezioni presidenziali. Ecco dove entra in gioco la meccanica quantistica. A differenza delle teorie classiche del processo decisionale, il mondo quantistico lascia spazio a un certo grado di ... incertezza.
Le teorie della psicologia classica si basano sull'idea che le persone prendono decisioni al fine di massimizzare le "ricompense" e minimizzare le "punizioni" - in altre parole, per garantire che le loro azioni producano risultati più positivi che conseguenze negative. Questa logica, nota come "apprendimento di rinforzo", è in linea con il condizionamento pavloniano, in cui le persone imparano a prevedere le conseguenze delle loro azioni sulla base delle esperienze passate, secondo un rapporto del 2009 pubblicato sul Journal of Mathematical Psychology.
Se veramente vincolati da questo quadro, gli umani soppeserebbero costantemente i valori oggettivi di due opzioni prima di scegliere tra di loro. Ma in realtà, le persone non funzionano sempre in questo modo; i loro sentimenti soggettivi su una situazione minano la loro capacità di prendere decisioni oggettive.
Testa e croce (allo stesso tempo)
Considera un esempio:
Immagina di scommettere se una moneta lanciata atterrerà su testa o croce. Heads ti fa guadagnare $ 200, la coda ti costa $ 100 e puoi scegliere di lanciare la moneta due volte. Se collocati in questo scenario, la maggior parte delle persone sceglie di scommettere due volte, indipendentemente dal fatto che il lancio iniziale porti a una vittoria o una perdita, secondo uno studio pubblicato nel 1992 sulla rivista Cognitive Psychology. Presumibilmente, i vincitori scommettono una seconda volta perché guadagnano soldi in ogni caso, mentre i perdenti puntano nel tentativo di recuperare le loro perdite, e poi alcuni. Tuttavia, se i giocatori non sono autorizzati a conoscere il risultato del primo lancio della moneta, raramente effettuano la seconda scommessa.
Se noto, il primo capovolgimento non influenza la scelta che segue, ma quando sconosciuto, fa la differenza. Questo paradosso non rientra nel quadro dell'apprendimento di rinforzo classico, che prevede che la scelta oggettiva dovrebbe essere sempre la stessa. Al contrario, la meccanica quantistica tiene conto dell'incertezza e in realtà prevede questo strano risultato.
"Si potrebbe dire che il modello decisionale" a base quantistica "si riferisce essenzialmente all'uso della probabilità quantistica nell'area della cognizione", Emmanuel Haven e Andrei Khrennikov, coautori del libro di testo "Quantum Social Science" (Cambridge University Press, 2013), ha detto a Live Science in una e-mail.
Proprio come un particolare elettrone potrebbe essere qui o là in un dato momento, la meccanica quantistica presume che il primo lancio di una moneta abbia comportato contemporaneamente una vittoria e una perdita. (In altre parole, nel famoso esperimento mentale, il gatto di Schrödinger è sia vivo che morto.) Mentre è preso in questo stato ambiguo, noto come "sovrapposizione", la scelta finale di un individuo è sconosciuta e imprevedibile. La meccanica quantistica riconosce anche che le convinzioni delle persone sull'esito di una determinata decisione, sia essa positiva o negativa, riflettono spesso quale sia la loro scelta finale. In questo modo, le credenze delle persone interagiscono o si "impigliano" con la loro eventuale azione.
Allo stesso modo le particelle subatomiche possono impigliarsi e influenzarsi a vicenda anche se separate da grandi distanze. Ad esempio, misurare il comportamento di una particella situata in Giappone altererebbe il comportamento del suo partner impigliato negli Stati Uniti. In psicologia, un'analogia simile può essere tracciata tra credenze e comportamenti. "È proprio questa interazione", o stato di entanglement, "che influenza il risultato della misurazione", hanno detto Haven e Khrennikov. Il risultato della misurazione, in questo caso, si riferisce alla scelta finale che un individuo fa. "Questo può essere formulato con precisione con l'aiuto della probabilità quantistica."
Gli scienziati possono matematicamente modellare questo stato di sovrapposizione impigliato - in cui due particelle si influenzano a vicenda anche se sono separate da una grande distanza - come dimostrato in un rapporto del 2007 pubblicato dall'Associazione per l'avanzamento dell'intelligenza artificiale. E sorprendentemente, la formula finale prevede con precisione il risultato paradossale del paradigma del lancio della moneta. "La perdita di logica può essere meglio spiegata usando l'approccio basato sui quanti", ha osservato Haven e Khrennikov.
Scommesse sul quantum
Nel loro nuovo studio, Zhang e i suoi colleghi hanno messo a confronto due modelli quantistici di processo decisionale contro 12 modelli di psicologia classica per vedere quale fosse la migliore previsione del comportamento umano durante un compito psicologico. L'esperimento, noto come Iowa Gambling Task, è progettato per valutare la capacità delle persone di imparare dagli errori e adattare la loro strategia decisionale nel tempo.
Nell'attività, i partecipanti pescano da quattro mazzi di carte. Ogni carta guadagna i soldi dei giocatori o li costa, e l'obiettivo del gioco è guadagnare quanti più soldi possibile. Il trucco sta nel modo in cui ogni mazzo di carte è impilato. Trarre da un mazzo può far guadagnare a un giocatore ingenti somme di denaro a breve termine, ma alla fine del gioco gli costerà molto più denaro. Altri mazzi offrono piccole somme di denaro a breve termine, ma complessivamente meno penalità. Attraverso il gioco, i vincitori imparano principalmente a trarre dai mazzi "lenti e costanti", mentre i perdenti attingono dai mazzi che gli fanno guadagnare denaro veloce e rigide penalità.
Storicamente, quelli con dipendenze da droghe o danni cerebrali ottengono risultati peggiori nell'Iowa Gambling Task rispetto ai partecipanti sani, il che suggerisce che la loro condizione compromette in qualche modo le capacità decisionali, come evidenziato in uno studio pubblicato nel 2014 sulla rivista Applied Neuropsychology: Child. Questo schema era vero nell'esperimento di Zhang, che includeva circa 60 partecipanti sani e 40 che erano dipendenti dalla nicotina.
I due modelli quantistici hanno fatto previsioni simili a quelle più accurate tra i modelli classici, hanno osservato gli autori. "Sebbene i modelli non abbiano sovraperformato in modo schiacciante il ... si dovrebbe essere consapevoli che il framework è ancora agli inizi e merita senza dubbio ulteriori studi", hanno aggiunto.
Per rafforzare il valore del loro studio, il team ha eseguito scansioni cerebrali di ciascun partecipante mentre completavano il Gioco d'azzardo dell'Iowa. Nel fare ciò, gli autori hanno tentato di sbirciare ciò che stava accadendo all'interno del cervello mentre i partecipanti imparavano e modificavano la loro strategia di gioco nel tempo. I risultati generati dal modello quantistico hanno predetto come si sarebbe svolto questo processo di apprendimento, e quindi gli autori hanno teorizzato che i punti caldi dell'attività cerebrale potrebbero in qualche modo essere correlati con le previsioni dei modelli.
Le scansioni hanno rivelato una serie di aree cerebrali attive nei partecipanti sani durante il gioco, inclusa l'attivazione di diverse grandi pieghe all'interno del lobo frontale note per essere coinvolte nel processo decisionale. Nel gruppo del fumo, tuttavia, nessun punto critico dell'attività cerebrale sembrava legato alle previsioni fatte dal modello quantistico. Poiché il modello riflette la capacità dei partecipanti di imparare dagli errori, i risultati possono illustrare alterazioni del processo decisionale nel gruppo di fumatori, hanno osservato gli autori.
Tuttavia, "sono giustificate ulteriori ricerche" per determinare ciò che queste differenze di attività cerebrale riflettono realmente nei fumatori e nei non fumatori, hanno aggiunto. "L'accoppiamento dei modelli quantistici con i processi neurofisiologici nel cervello ... è un problema molto complesso", hanno detto Haven e Khrennikov. "Questo studio è di grande importanza come primo passo verso la sua soluzione."
I modelli dell'apprendimento per rinforzo classico hanno mostrato "grande successo" negli studi di emozione, disturbi psichiatrici, comportamento sociale, libero arbitrio e molte altre funzioni cognitive, ha detto Zhang. "Speriamo che anche l'apprendimento del rinforzo quantico farà luce, fornendo spunti unici".
Nel tempo, forse la meccanica quantistica aiuterà a spiegare i pervasivi difetti della logica umana, nonché il modo in cui tale fallibilità si manifesta a livello dei singoli neuroni.
