Omeopatia e meccanica quantistica: anatomia di un abuso scientifico

Carlo Cosmelli intervistato da Rossana Garavaglia      

A fronte di una letteratura di settore non prolifica, sempre più spesso, nel discorso quotidiano e sui social, molte persone e professionisti indicano nella meccanica quantistica la spiegazione della supposta “efficacia” dei prodotti omeopatici. Sarebbero, secondo costoro, non meglio definiti “meccanismi quantistici” la base della interazione tra prodotto omeopatico e sistema biologico.

Con Carlo Cosmelli, già professore di fisica dell’Università La Sapienza di Roma, ci accingiamo a sfatare anche questa narrazione tanto affascinante quanto errata.

Partiamo dalle basi: cos’è la fisica

La fisica è quella scienza naturale che studia i costituenti fondamentali della materia e le leggi che governano il loro comportamento.

Il suo obiettivo è descrivere, attraverso un linguaggio matematico, i fenomeni naturali nel modo più generale e fondamentale possibile: si va dalla scala subatomica delle particelle elementari fino alla scala cosmologica dell’universo nel suo insieme.

Va sottolineato un punto: la fisica, e la scienza in generale, hanno come obiettivo la descrizione di “fenomeni”. Cioè, seguendo Galilei, l’oggetto sono le osservazioni o, se vogliamo, le misure fatte e ripetute su qualcosa che osserviamo. Se questo qualcosa non viene osservato o non produce alcun effetto misurabile non esiste, dal punto di vista della scienza.

Tra i suoi ambiti principali figurano la meccanica, la termodinamica, l’elettromagnetismo, la meccanica quantistica, la relatività e la fisica delle particelle: ciascuno descrive la realtà a scale diverse e con strumenti concettuali diversi, ma tutti uniti dall’ambizione di trovare una descrizione coerente e unitaria della natura.

Ora, approfondiamo la “distinzione” tra meccanica quantistica (MQ) e fisica classica (FC)

La meccanica quantistica (MQ) è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia e delle interazioni a livello subatomico e atomico. Una delle sue caratteristiche più importanti, e più spesso fraintesa nel dibattito sull’omeopatia, è che essa può essere applicata, in linea di principio, a qualsiasi sistema fisico: una particella, un atomo, una molecola, e persino un oggetto macroscopico come un cane o una pentola d’acqua. Non esiste una soglia rigida al di sotto della quale “vale” la MQ e al di sopra della quale “vale” la FC. La distinzione è molto più sfumata e va valutata caso per caso.

Il punto cruciale è: quando la MQ viene applicata a sistemi sufficientemente grandi, smette di produrre previsioni diverse da quelle della FC. I due approcci convergono, cioè i risultati sono identici e la descrizione del comportamento di quel sistema può essere portato avanti con entrambe. 

Questo significa che per i sistemi macroscopici, come molecole d’acqua che interagiscono con l’ambiente esterno, usare la MQ sarebbe inutilmente complicato, ma non darebbe risultati diversi da quelli ottenuti dalla descrizione fatta con i metodi della fisica classica. 

Non vale però il contrario: la fisica classica non può mai riprodurre i comportamenti quantistici tipici dei sistemi microscopici. 

La meccanica quantistica: onde delocalizzate e oggetti localizzati

La MQ è quindi la teoria più generale e fondamentale, mentre la fisica classica ne è un caso limite, valido quando i sistemi sono sufficientemente grandi.

Questo principio di corrispondenza tra le descrizioni ottenute con i metodi della MQ e quelle ottenute con l’applicazione della FC ha un nome preciso: è il principio di corrispondenza di Bohr, che afferma che le leggi della MQ devono dare gli stessi risultati della fisica classica quando applicate a sistemi macroscopici. A rafforzare questo principio contribuisce il teorema di Ehrenfest, secondo cui i valori medi delle grandezze fisiche descritte dalla MQ, come posizione e velocità, coincidono con i valori medi calcolati dalla fisica classica. In altre parole, ogni sistema fisico è descritto dalla MQ con una somma di onde (la famosa funzione d’onda ψ), il cosiddetto “pacchetto d’onde”, è questo pacchetto il responsabile dei fenomeni strani descritti dalla MQ (quantizzazione dell’energia, effetto tunnel, entanglement…). Ma se si calcola il “centro” del pacchetto d’onde che descrive un oggetto grande, quel centro si muove esattamente come previsto dalla fisica classica, e la sua estensione spaziale è praticamente nulla. L’oggetto perde, quindi, le sue caratteristiche ondulatorie e si comporta come un “oggetto” ben localizzato.

Un modo pratico per capire se un oggetto si comporta in modo quantistico o classico, che implica la scelta se poterlo descrivere con equazioni quantistiche o classiche, è calcolare la lunghezza d’onda di de Broglie di quello specifico oggetto, definita dalla formula λ = h/mv, dove h è la costante di Planck, m è la massa e v è la velocità. La lunghezza d’onda λ è importante perché è quella che appare nella descrizione del pacchetto d’onde citato prima. Questa lunghezza d’onda produce effetti osservabili solo quando è comparabile alle dimensioni degli oggetti con cui il sistema interagisce. 

Per la Terra questa lunghezza d’onda è nell’ordine di 10⁻⁶³ metri, per una palla da tennis veloce è 10⁻³⁴ metri, per un granello di polvere nell’aria circa 10⁻²¹ metri: in tutti questi casi, il comportamento è perfettamente classico e descrivibile con la FC. Per un elettrone nell’atomo di idrogeno, invece, la lunghezza d’onda è circa 3,2 × 10⁻¹⁰ metri (0,32 nm), praticamente uguale alla circonferenza dell’orbita su cui ruota l’elettrone intorno al nucleo. In questo caso è come se il nucleo “sentisse” la struttura dell’elettrone come un’onda, e l’atomo si comporta di conseguenza, con tutti i fenomeni tipicamente quantistici: livelli energetici discreti, l’interferenza, l’effetto tunnel. Le molecole d’acqua, per le loro dimensioni e masse, si collocano saldamente nel territorio descrittivo della fisica classica quando interagiscono con l’ambiente che le circonda.

Temperatura e decoerenza

A quanto sopra si aggiunge un secondo fattore, ancora più determinante per il dibattito sull’omeopatia: la temperatura e il fenomeno della decoerenza quantistica. La MQ prevede, fra l’altro, che un sistema quantistico possa trovarsi in una “sovrapposizione di stati” (il gatto di Schrödinger), ma che collassi in uno, e uno solo, stato classico definito nel momento in cui viene “osservato” o misurato. Ora, un sistema macroscopico immerso in un ambiente a temperatura ambiente non è mai isolato: è continuamente bombardato da atomi, molecole e fotoni che lo mantengono all’equilibrio termico. Ogni singolo urto costituisce fisicamente una “osservazione”, e distrugge istantaneamente qualsiasi stato quantistico. Tanto per dare un’idea: a temperatura ambiente ogni molecola d’acqua di un liquido riceve circa 10¹⁴ urti (casuali) al secondo dalle altre molecole.  Il risultato è che a temperatura ambiente qualsiasi coerenza (termine spesso usato da chi disquisisce di MQ e omeopatia) quantistica si dissolve in tempi dell’ordine dei nanosecondi, dei picosecondi, o anche molto meno. Gli eventuali stati quantistici esistenti fra molecole non sono stabili: sono, per loro natura, fugaci e l’ambiente termico li distrugge prima ancora che possano produrre effetti macroscopici apprezzabili.

Esistono ipotesi teoriche, come quelle avanzate da Roger Penrose, che prevedono tempi di coerenza più lunghi in certi sistemi biologici. Ma al momento non esiste alcun dato sperimentale che le confermi. E anche se fossero vere, richiederebbero una revisione radicale di gran parte della fisica moderna, non solo di un caso isolato: questo le rende estremamente improbabili e, comunque, non utilizzabili come fondamento scientifico per una pratica terapeutica.

Un altro tentativo di dare una giustificazione teorica alla memoria dell’acqua è stato quello di Giuliano Preparata e collaboratori che nel 1988 proposero una teoria secondo cui la materia condensata, e in particolare l’acqua, poteva avere dei domini di coerenza macroscopici e sensibili a interazioni provenienti dall’esterno. Questi effetti, in teoria macroscopici quindi misurabili, non sono mai stati osservati in circa 40 anni di prove ed esperimenti in vari laboratori del mondo. Le obiezioni teoriche in ogni caso sono identiche a quelle già citate riguardo alle ipotesi di Penrose.

E la “memoria” che interazione fisica potrebbe essere?

Da tutto questo discende una conclusione chiara: non è fisicamente possibile che effetti quantistici vengano “intrappolati” nell’acqua abbastanza a lungo da giustificare l’esistenza di strutture stabili su cui si baserebbe la cosiddetta memoria dell’acqua dei prodotti omeopatici ultra-diluiti. Il termine “memoria”, del resto, non è nemmeno definito con precisione in questo contesto. Se per memoria si intende un cambiamento strutturale stabile di una molecola dovuto a un’interazione precedente, bisogna specificare di che tipo di interazione si tratta e qui la fisica è molto precisa: le interazioni fondamentali sono di quattro tipi.

Le interazioni forte e debole hanno un raggio d’azione dell’ordine di 10⁻¹⁵ e 10⁻¹⁸ metri rispettivamente: agiscono solo all’interno dei nuclei atomici e non producono alcun effetto a distanze maggiori. La forza gravitazionale e quella elettromagnetica hanno invece raggio infinito, ma la gravità è circa 10³⁶ volte più debole dell’elettromagnetismo: nelle interazioni tra molecole, tra corpi umani, o tra molecole d’acqua, è completamente trascurabile. Due persone a un centimetro di distanza non sentono nessuna attrazione gravitazionale reciproca, e nemmeno le molecole d’acqua tra di loro. Rimane quindi solo l’interazione elettromagnetica come candidata a produrre effetti a scala molecolare: i suoi effetti sono già completamente noti, misurati e descritti dalla fisica e dalla chimica classica. Non c’è spazio, in questo quadro, per interazioni misteriose o non ancora scoperte: se un effetto non è misurabile, per definizione non esiste fisicamente.

Descrizione e comportamento

Un ultimo chiarimento riguarda un equivoco frequente: l’affermazione che la meccanica quantistica “descriva anche le molecole d’acqua” viene talvolta usata dagli sostenitori dell’omeopatia come se fosse una conferma scientifica delle loro tesi. In realtà è vero il contrario. Sì, la MQ descrive anche le molecole d’acqua, ma il comportamento che, da tale descrizione “quantistica” ne risulta, è perfettamente classico, per tutte le ragioni esposte sopra. Dire che la MQ si applica all’acqua non significa affatto che l’acqua si comporti in modo quantistico a livello macroscopico o giustifichi comportamenti dell’acqua diversi da quelli comunemente osservati e descritti classicamente. Significa semplicemente che la teoria più fondamentale della fisica, applicata a quel sistema, dà gli stessi risultati della fisica classica ordinaria. Non c’è nulla di misterioso, e non c’è nessuno spazio per la memoria, per strutture stabili indotte da sostanze ultra-diluite, o per effetti terapeutici di natura quantistica.

Ora vediamo, più nel dettaglio, di sfatare un altro cavallo di battaglia omeopatico: la succussione ed i suoi supposti poteri

A rendere ancora più chiara la non plausibilità fisica dei principi omeopatici contribuisce un dato spesso trascurato: la velocità media delle molecole d’acqua a temperatura ambiente. A 25°C, una molecola d’acqua si muove in media a circa 600 metri al secondo, cioè oltre 2100 chilometri all’ora. Non è un moto ordinato e direzionale, come quello di un proiettile: è un moto caotico, casuale, in tutte le direzioni, con continui cambi di traiettoria dovuti agli urti con le molecole vicine. 

È questo “moto spontaneo” a rendere fisicamente priva di senso una delle pratiche fondamentali della preparazione omeopatica: la succussione, ovvero l’agitazione vigorosa della soluzione, che secondo alcune ipotesi omeopatiche racchiuderebbe il meccanismo d’azione omeopatico attraverso questo supposto “potenziamento”.

L’idea alla base della succussione è che l’agitazione non serva semplicemente a mescolare, ma a “imprimere” nell’acqua l’informazione della sostanza disciolta, attivando e potenziando le proprietà terapeutiche del preparato pur in assenza del principio attivo. 

Confrontando le scale in gioco, si osserva che l’agitazione manuale di un flacone produce movimenti nell’ordine dei metri al secondo. Le molecole d’acqua si muovono già spontaneamente, al proprio interno, a 600 metri al secondo. Ciascuna di esse subisce un numero di urti nell’ordine di 2 x 10¹² al secondo (e ogni urto causa un cambio di direzione). L’energia meccanica introdotta dalla succussione è quindi inferiore di almeno diecimila volte rispetto all’energia cinetica già presente nel sistema termico. È come pretendere di influenzare il comportamento di uno sciame di api in volo caotico soffiando delicatamente in una direzione: il soffio è completamente irrilevante rispetto all’energia e al disordine già presenti nel sistema.

In questo contesto, qualsiasi struttura che la succussione pretendesse di creare o stabilizzare nell’acqua verrebbe immediatamente e completamente distrutta dal moto delle molecole stesse, in tempi brevissimi di frazioni di secondo. Non c’è nessun meccanismo fisico attraverso cui un’agitazione meccanica esterna, di intensità così modesta rispetto all’agitazione intrinseca, possa produrre effetti duraturi sull’organizzazione molecolare dell’acqua.

Va detto, per completezza, che la succussione ha un effetto fisico reale e ben noto: aiuta il dissolversi di un soluto in un solvente (p.e., per sciogliere lo zucchero nell’acqua); questo è un fenomeno puramente chimico-fisico, banale e completamente spiegato dalla chimica classica. Non ha nulla a che vedere con la trasmissione di “informazioni” o con una ipotetica attivazione di proprietà terapeutiche. 

Inoltre, nelle diluizioni omeopatiche più spinte, quelle oltre la dodicesima centesimale, dove secondo il calcolo di Avogadro non rimane statisticamente nemmeno una molecola della sostanza originale, non c’è nemmeno più un soluto da sciogliere. Non essendoci, come visto sopra, nemmeno alcuna strana proprietà fisica innescata dalla succussione, allora essa agisce su acqua pura, e su acqua pura produce esattamente quello che la fisica prevede: nulla di strutturalmente rilevante.

Alcune risposte di metodo a controargomentazioni omeopatiche

Un contro-argomento ricorrente nel dibattito è quello dell’appello all’ignoto: “la scienza non spiega tutto, quindi non si può mai escludere nulla a priori”. L’argomento contiene un nucleo di verità epistemologica visto che la scienza è per sua natura provvisoria e aperta a revisioni, ma viene applicato in modo scorretto, e vale la pena chiarire perché.

Consideriamo un esempio volutamente elementare. La fisica classica non prevede che i gatti possano volare; qualcuno potrebbe obiettare che forse, applicando la meccanica quantistica ai gatti, si scoprirebbe qualcosa di inatteso. La risposta è semplice e definitiva: i gatti non volano, non lo hanno mai fatto. L’osservazione empirica chiude la questione prima ancora che si ponga il problema teorico. Questo è un punto fondamentale del metodo scientifico: un’ipotesi o una teoria, per quanto sofisticata, non può prevalere su un dato osservativo solido e riproducibile.

C’è un caso storico istruttivo, che mostra come il rapporto tra fenomeno osservato e spiegazione teorica funzioni nella scienza. Nel 1911 il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes scoprì che, raffreddando il mercurio a –269 °C, la sua resistenza elettrica non diminuiva semplicemente, ma si annullava del tutto e diventava zero. Negli anni successivi si scoprì che lo stesso fenomeno, oggi chiamato superconduttività, si manifestava in molti altri metalli al di sotto di una certa temperatura critica. Il dato era inequivocabile, misurabile, e perfettamente riproducibile. Eppure, nessuno sapeva spiegarlo: il fenomeno era completamente al di fuori della portata della fisica classica e, a quei tempi, una teoria soddisfacente non esisteva.

Nonostante l’assenza di una spiegazione e visto che i dati osservazionali erano solidi e riproducibili, allora i fisici non aspettarono. Cominciarono immediatamente a sfruttare la superconduttività per costruire magneti capaci di generare campi magnetici altissimi, i precursori di quelli oggi utilizzati nella risonanza magnetica nucleare. La spiegazione teorica arrivò solo nel 1956, quasi mezzo secolo dopo la scoperta, con la teoria BCS, che richiedeva strumenti della meccanica quantistica applicata ai metalli, all’epoca ancora non disponibili. E tutto divenne chiaro.

Questo esempio illumina con precisione la distinzione: tra il 1911 e il 1957, la spiegazione mancava, ma il fenomeno era lì, ben misurabile, riproducibile, quantificabile e indipendente dall’osservatore. Era un dato di realtà che non richiedeva di credere in nulla: chiedeva solo di essere misurato.

È esattamente qui che il paragone con l’omeopatia si rivela insostenibile. Non è vero che la scienza non sa spiegare come funzionano i prodotti omeopatici: la neurofisiologia e la neuropsicologia sperimentale ci informano che le basi scientifiche stanno nelle aspettative e nel condizionamento a cui tutti gli esseri umani rispondono (si tratta del placebo il cui effetto siamo noi). Il problema è che non esiste alcun effetto robusto, riproducibile e indipendente dall’osservatore da spiegare. Ogni volta che gli studi clinici sull’omeopatia sono stati condotti con metodologia rigorosa ecco che i risultati non hanno mostrato alcuna differenza rispetto al placebo. Non c’è un fenomeno in attesa di spiegazione: c’è un’assenza di fenomeno.

In questo contesto, qualsiasi discussione sulla memoria dell’acqua, sulla succussione o su presunte strutture quantistiche stabili nell’acqua è semplicemente priva di oggetto. Prima di chiedersi perché un effetto si produce, occorre dimostrare che quell’effetto esiste. Ed è precisamente questa dimostrazione che, dopo oltre due secoli di omeopatia e decenni di ricerca clinica controllata, non è mai arrivata.

Concludendo

La fisica, in questo caso, non lascia margini di ambiguità: i prodotti omeopatici ultra-diluiti non possono avere alcun meccanismo d’azione fondato sulla meccanica quantistica. Chi sostiene il contrario fraintende, o travisa, i principi fondamentali della fisica moderna tentando di “creare” basi scientifiche per l’omeopatia sfruttando linguaggi rigorosi applicati malamente a ipotesi precostituite.

[Approfondimento]

Un sistema quantistico viene quindi descritto da un “pacchetto d’onde” che, essendo esteso nello spazio, può interagire con altri pacchetti e fornisce, in seguito ad una misura, un valore probabilistico casuale all’interno dell’estensione del pacchetto (questa estensione viene chiamata deviazione standard). Cosa vuol dire che per un sistema fisico macroscopico il sistema fisico si riduce ad un punto? Facciamo un calcolo: il pacchetto d’onde ha una certa estensione spaziale che per una particella porta ad una serie di comportamenti quantistici. Questa estensione spaziale (cioè la deviazione standard) è inversamente proporzionale alla radice quadrata del numero di particelle coinvolte. Cioè: se per una particella l’estensione del pacchetto d’onde è per esempio di 5 nm, per un gruppo di 100 particelle l’estensione sarà 5/√100= 0,5 nm, per 1 milione di particelle sarà 5/√1000000=0,005 nm… per un mm³ che conterrà circa 10²⁰ particelle sarà ~ 5/10¹⁰  nm, quindi praticamente un punto.

Note

• [1] In questo articolo verrà spesso utilizzata la notazione esponenziale, utile per scrivere numeri molto grandi o molto piccoli senza scrivere decine di “zeri”. Un numero in notazione esponenziale si scrive così: a x 10ⁿ 10ⁿ dove “a” è un numero compreso fra 1 e 10, anche con la virgola, e “n”, l’esponente di 10, un numero intero (positivo o negativo).Numeri grandi: l’esponente indica quante volte devo moltiplicare il numero “a” per 10 (cioè quanti “zeri” aggiungere al numero intero). Esempio: 300 = 3 x 10² ; oppure la distanza fra la Terra e il Sole è di circa 150 000 000 km, posso scrivere 150 000 000 =1,5 x 100 000 000 = 1,5 x 10⁸ = cioè il numero 1,5 lo devo moltiplicare per 100 000 000. Se il numero è piccolissimo il procedimento è analogo, solo che l’esponente del 10 diventa negativo indicando quante volte devo dividere per 10. Esempio: 0,02 = 2 / 100 = 2 x 10⁻², oppure il diametro di un virus è circa 0,000 000 02 m = 2 / 100 000 000 = 2 x 10⁻⁸. 
• [2] Gli urti al secondo, quindi il numero di volte che cambia direzione, sono circa 2 x 10¹² al secondo, per l’acqua a temperatura ambiente. Questo numero si calcola sapendo che la distanza media fra le molecole è   L~ 0,1-0,3 nm, la velocità media v~600 m/s. Quindi la frequenza degli urti casuali è f~ v/L ~2 x 10¹² urti/s.