Scienza

Per secoli, l'Impero Inca usò i quipus, uno strumento intrecciato con nodi, per compiti aritmetici come il conteggio dei tributi, il calcolo delle provviste e per i censimenti. Ma una nuova ricerca rivela che questo dispositivo sarebbe qualcosa di più di un abaco andino: nelle sue fibre si nascondono narrazioni di miti, battaglie e canzoni.

A metà 2015, La dottoressa Sabine Hyland(1) e suo marito sono saliti su un minivan a Lima e sono partiti per la remota città andina di San Juan de Collata. Dopo aver percorso tortuose strade peruviane, arrivarono in un villaggio che non aveva né acqua potabile né sistema fognario e dove poche case potevano permettersi la luce elettrica. Uscendo dal veicolo, l'antropologa e il suo compagno si sono presentati ai leader locali e hanno chiesto il permesso di svolgere una missione degna di Indiana Jones: studiare due tesori che la gente aveva gelosamente protetto di generazione in generazione e che nessun estraneo aveva mai visto.

Dopo ore di negoziazioni, Huber Brañes Mateo - pastore e guardiano dei tesori della comunità - ha esibito una scatola di legno che teneva in un sotterraneo della chiesa locale. Dentro c'erano due quipus, strumenti fatti con corde e nodi che l'impero Inca usava per tutti i tipi di compiti di conteggio, come il calcolo delle tasse al censimento, ai suoi 10 milioni di cittadini. Ma secondo gli abitanti di San Juan de Collata, i loro quipus erano più che semplici abachi. Secondo questa comunità, dove si parla ancora una mescolanza di spagnolo e quechua, erano vere epistole create dai capi locali per trasmettere messaggi segreti durante una ribellione contro gli spagnoli alla fine del XVIII secolo.

Ha dato soddisfacenti risultati, alla ricercatrice dell'Università di St. Andrews in Scozia, il lavoro di ricerca, durato anni, nelle comunità andine.

I ricercatori sostengono che il modo in cui i materiali ordinari subiscono un cambiamento di fase, come la fusione o il congelamento, è stato studiato nei minimi dettagli.

Ora, un team di scienziati ha osservato che quando attivano un cambiamento di fase utilizzando impulsi intensi di luce laser, invece di cambiare la temperatura, il processo avviene in modo molto diverso. Gli scienziati avevano a lungo sospettato che questa poteva essere la dinamica, ma il processo solo ora è stato osservato e confermato. Con questa nuova comprensione, i ricercatori potrebbero essere in grado di sfruttare questo meccanismo per l'uso in nuovi tipi di dispositivi optoelettronici.

I risultati della ricerca sono stati pubbicati sulla rivista Nature Physics.(1) Il team è stato guidato da Nuh Gedik,(2) professore di fisica al Massachusetts Institute of Technology, con lo studente Alfred Zong e il post-dottorato Anshul Kogar. In questa ricerca hanno collaborato altri 16 membri del MIT, della Stanford University e del Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Russia.

Per questo studio, invece di usare un cristallo reale come il ghiaccio, il team ha usato un analogo elettronico chiamato onda di densità di carica - una modulazione di densità di elettroni congelata all'interno di un solido - che imita da vicino le caratteristiche di un solido cristallino.

Mentre il tipico comportamento di fusione in un materiale come il ghiaccio procede in modo relativamente uniforme attraverso il materiale stesso, quando la fusione viene indotta nell'onda di densità di carica da impulsi laser ultraveloci, il funzionamento del processo manifesta una diversa funzione. I ricercatori hanno scoperto che durante la fusione otticamente indotta, il cambiamento di fase procede generando molte singolarità nel materiale, note come difetti topologici, e questi a loro volta influenzano la dinamica conseguente degli elettroni e degli atomi di reticolo nel materiale.

Cercare di capire a fondo le basi quantistiche dei sistemi biologici ed analizzarla dal punto di vista fisico-matematico sono una delle attuali sfide della scienza.

Nel passato i sistemi biologici sono stati spesso visti come troppo complessi per essere penetrabili con metodi di natura fisico-matematica. La realtà “essere vivente” era considerata troppo articolata per poter essere analizzata da insiemi di equazioni differenziali e principi fisici.

All’inizio del XX secolo, con l’avvento di tecniche e strumenti più potenti e sofisticati, i ricercatori hanno iniziato a studiare in maniera più profonda ed articolata le possibili descrizioni fisiche e matematiche dei sistemi biologici microscopici. Tra i possibili vari esempi ricordiamo i modelli di Turing, che si avvalgono della potenza della computazione quantistica, la morfogenesi, ossia il processo che porta allo sviluppo della forma e della struttura di un organismo, i lavori di Schrödinger, da cui vennero previste molte delle caratteristiche funzionali del DNA.

Attualmente i progressi in questo campo sono rapidi e molti rami della fisica e della matematica hanno trovato applicazioni in biologia, come ad esempio i metodi statistici utilizzati in bioinformatica. A queste scale di lunghezza la fisica classica cede il passo a quella quantistica, che non può essere evitata, poiché ogni processo chimico si basa di fatto sulla fisica quantistica.

Allora esistono sistemi biologici che utilizzano la fisica quantistica per eseguire compiti che non possono essere realizzati da un punto di vista classico? E grazie alla fisica quantistica possono essere realizzati in maniera più efficiente di quanto possa avvenire anche con il migliore equivalente classico? La risposta sembra ad oggi essere affermativa. Negli ultimi dieci anni una serie di esperimenti ha riscontrato diversi casi in cui la Natura si avvale della fisica quantistica per ottenere vantaggi biologici, sfruttando in particolare “sovrapposizioni coerenti di stati” per assistere o migliorare una funzione biologica.