Shen Kuo (1031-1095) fue un científico y polímata chino, que vivió durante la dinastía Song (960-1279). Sobresaliente en muchos campos del estudio y la política, fue matemático, astrónomo, meteorólogo, geólogo, zoólogo, botánico, farmacólogo, agrónomo, arqueólogo, etnógrafo, cartógrafo, poeta y músico. Además ocupó diversos cargos públicos, como el de inspector gubernamental, ministro de finanzas y ministro de sanidad.
En su Conjunto de relatos, también conocido como Ensayos del estanque de los sueños, de 1088, Shen fue el primero en describir la brújula de aguja magnética, que sería explicada por primera vez en Europa por Alexander Neckam en 1187. Shen también descubrió el concepto del norte verdadero en términos de declinación magnética hacia el Polo Norte, con la experimentación de agujas magnéticas suspendidas. Este fue un paso decisivo para obtener brújulas más útiles para la navegación, y puede haber sido un concepto desconocido en Europa durante los cuatrocientos años posteriores.
Junto a su colega Wei Pu, Shen intentó representar gráficamente los caminos orbitales de la Luna y los planetas. Este proyecto intensivo de cinco años implicaba observaciones diarias, pero acabó siendo frustrado por sus oponentes políticos. Para mejorar sus trabajos en el campo de la astronomía, Shen Kuo hizo diseños mejorados de la esfera armilar, del gnomon y del tubo de observación, e inventó un nuevo tipo de reloj de entrada de agua.
Shen Kuo ideó una hipótesis geológica para la formación de tierras (geomorfología), basada en los hallazgos de fósiles marinos continentales y en el conocimiento de la erosión del suelo y la deposición del limo. También propuso la existencia de un cambio climático gradual —después de observar antiguos bambúes petrificados— que no permitía el crecimiento del bambú en su tiempo.
Fue la primera persona en China en mencionar el uso del dique seco para reparar embarcaciones suspendidas fuera del agua. Shen también escribió extensamente sobre la impresión de tipo móvil descubierta por Bi Sheng (990-1051). Debido a sus trabajos escritos, el legado de Bi Sheng y la comprensión moderna del tipo móvil más antiguo se ha transmitido a generaciones posteriores.
En su período como geógrafo de la corte, mientras inspeccionaba las tierras fronterizas, Shen Kuo también se dedicó a crear mapas en relieve. Sus contribuciones en el campo de la cartografía también incluyen la descripción de un antiguo mecanismo de ballesta que él mismo desenterró. Demostró ser un bastón de Jacob (herramienta topográfica que no fue conocida en Europa hasta el siglo XIV). Aunque ya había trabajos anteriores sobre la cámara oscura (dispositivo óptico precursor de la fotografía), Shen fue el primero a estudiarla en China.
Shen Kuo escribió varios libros además de los Ensayos del estanque de los sueños. Sin embargo, la mayor parte de sus obras no ha sobrevivido. Parte de la producción poética de Shen se conservó en obras escritas póstumas. Aunque gran parte de su trabajo se centraba en cuestiones técnicas y científicas, también tenía interés en el estudio de fenómenos paranormales. También dejó numerosos comentarios sobre antiguos textos taoístas y confucionistas.
Sus trabajos y contribuciones
Shen Kuo escribió extensamente sobre una amplia gama de temas diferentes. Su trabajo escrito incluyó dos atlas geográficos, un tratado sobre música con armónicos matemáticos, administración gubernamental, astronomía matemática, instrumentos astronómicos, tácticas defensivas marciales y fortificaciones, pintura, té, medicina y mucha poesía. Sus escritos científicos han sido comparados con los de otros polímatas de su época como Su Song, así como con Gottfried Leibniz.
Mapa en relieve
Aunque se relata la existencia de mapas en relieve desde el siglo I a. C. en China, es con Shen Kuo cuando llegan a su máxima expresión. El atlas más grande de Shen incluía veintitrés mapas de China y regiones extranjeras que se dibujaron a una escala uniforme de 1:900.000. Shen también creó un mapa en relieve con serrín, madera, cera de abeja y pasta de trigo. Zhu Xi (1130-1200) se inspiró en el mapa en relieve de las montañas Huang Shang (hecho por Shen) y creó su propio mapa portátil hecho de madera y arcilla que podía doblarse, por medio de bisagras, hasta en ocho piezas.
Farmacología
Shen escribió sobre las dificultades para encontrar el diagnóstico y la terapia adecuados, así como sobre la selección, preparación y administración correctas de los medicamentos. Se caracterizó por los detalles y la exactitud filológica en la identificación, uso y cultivo de diferentes tipos de hierbas medicinales, así como en qué meses se deben recolectar las plantas medicinales, sus tiempos de maduración exactos o qué partes deben usarse para la terapia. Para las hierbas cultivadas, escribió sobre los tiempos de siembra, la fertilización y otros asuntos de la horticultura.
De forma complementaria, en los ámbitos de botánica, zoología y mineralogía, Shen Kuo documentó y describió sistemáticamente cientos de plantas, cultivos agrícolas, vegetación rara, animales y minerales encontrados en China. Entre otros, Shen menciono al oropimente, mineral compuesto por arsénico y azufre, que se utilizaba para borrar rápidamente los errores de escritura en el papel.
Ingeniería civil
Los trabajos de ingeniería de Shen Kuo se caracterizan sobre todo por compilar, estudiar y comentar trabajos realizados por contemporáneos suyos. Sin ello, muchas técnicas e invenciones no hubieran llegado a las generaciones posteriores. Sus escritos son la única fuente para datar el inicio de la utilización del dique seco en China. Shen Kuo escribió que durante el reinado de Xi-Ning (1068-1077), el oficial de la corte Huang Huaixin ideó un plan para reparar grandes barcos de hasta 60 m de eslora que contaban con más de un siglo de antigüedad.
Shen también escribió sobre la efectividad de una invención recién aparecida, las esclusas, estas hidráulicas, que permiten vencer desniveles en los canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que se encuentran en ellos. Ello permitió aumentar el límite del tamaño de los barcos de 21 a 113 toneladas.
Anatomía
Shen también se interesó por la anatomía humana. En sus trabajos descartó la teoría vigente entonces de que la garganta contenía tres válvulas. Sostuvo que la laringe era el comienzo de un sistema que distribuía el qi, o energía vital desde el aire a todo el cuerpo, y que el esófago era un simple tubo que arrojaba comida al estómago. Siguiendo el razonamiento de Shen y corrigiendo los hallazgos de la disección de bandidos ejecutados en 1045, un relato chino de una disección corporal a principios del siglo XII validó la creencia de Shen en dos válvulas en la garganta, no tres.
Matemáticas y óptica
En el amplio campo de las matemáticas, Shen Kuo dominó muchos problemas matemáticos prácticos, incluidas muchas fórmulas complejas para la geometría, el empaquetamiento de círculos y los problemas de arcos que emplean la trigonometría. La «técnica de pequeños incrementos» de Shen sentó las bases en las matemáticas chinas para los problemas de empaquetamiento que involucran series de igual diferencia.
Shen usó la suma de series más altas para determinar la cantidad de barriles que podían apilarse en capas en un espacio con forma de tronco de pirámide rectangular. En su fórmula «técnica de intersección de los círculos», creó una aproximación del arco de un círculo. El trabajo de Shen sobre la longitud de arcos de círculos proporcionó la base para la trigonometría esférica desarrollada en el siglo XIII por Guo Shoujing (1231-1316). También simplificó la técnica de conteo de barras, al delinear atajos en los procedimientos de algoritmos utilizados en el tablero de conteo, una idea ampliada posteriormente por el matemático Yang Hui (1238-1298).
Shen escribió extensamente sobre lo que había aprendido mientras trabajaba para el tesoro del Estado, incluidos los problemas matemáticos planteados al calcular el impuesto de la tierra, los requisitos de estimación, los problemas cambiarios y la metrología, entre otros.
Se afirma que Shen una vez calculó la cantidad de espacio de terreno requerido para las formaciones de batalla en la estrategia militar, y también calculó la campaña militar más larga posible dadas las limitaciones de transporte si cada soldado traía su propia comida.
Mediante el uso de permutaciones matemáticas, Shen describió el cálculo de posibles posiciones de I Ching en el go, un juego de mesa. Shen calculó el número total, para este uso, de hasta cinco filas y veinticinco piezas de juego, llegando como resultado al número 847.288.609.443.
Shen Kuo también experimentó con la cámara estenopeica y el espejo encendido. Aunque el científico musulmán iraquí Ibn al-Haytham (965-1039) fue el primero en experimentar con la cámara oscura, Shen Kuo fue el primero en atribuir propiedades geométricas y cuantitativas a la cámara oscura. Usando una metáfora apropiada, Shen comparó la inversión óptica de la imagen con un candado y un tambor con cintura.
También discutió los puntos focales y notó que la imagen en un espejo cóncavo está invertida.
Brújula de aguja magnética
Desde el siglo III, en China se utilizaban instrumentos fabricados en chapa de hierro, magnetizados por termorremanencia (calentamiento que producía una fuerza magnética débil), y colocados en un recipiente lleno de agua dentro de una caja. Estos dispositivos se utilizaban para la orientación direccional junto a un elemento móvil que apunta al sur.
Sin embargo, no fue hasta la época de Shen Kuo cuando las primeras brújulas magnéticas se usarían para la navegación. En sus trabajos, Shen Kuo hizo la primera referencia explícita conocida sobre la aguja de la brújula magnética y el concepto del norte verdadero. Escribió que las agujas de acero se magnetizaban una vez que se frotaban con una piedra de imán y se colocaban en posición flotante o en soportes; describió la brújula suspendida como la mejor forma para ser utilizada, y observó que la aguja magnética de las brújulas apuntaba hacia el sur o hacia el norte. Shen Kuo afirmó que la aguja apuntará hacia el sur pero con una desviación, afirmando que las agujas magnéticas siempre se desplazan ligeramente hacia el este en lugar de señalar hacia el sur.
Shen Kuo escribió que era preferible usar la rosa de veinticuatro puntos en lugar de los ocho antiguos puntos cardinales de la brújula. La primera se usó para la navegación poco después de la muerte de Shen. La preferencia de uso de la brújula de veinticuatro puntos puede deberse a que Shen encontró un meridiano astronómico más preciso, determinado por su medida entre la estrella.
Arqueología
Muchos de los contemporáneos de Shen Kuo estaban interesados en actividades anticuarias de coleccionar obras de arte antiguas. Aunque también estaban interesados en la arqueología, sus motivaciones eran bastante diferentes de las de Shen Kuo. Mientras que los contemporáneos confucianos de Shen estaban interesados en obtener reliquias y antigüedades antiguas para revivir su uso en rituales, Shen estaba más preocupado por cómo se fabricaban originalmente los objetos arqueológicos y cuál habría sido su funcionalidad. Basándose en evidencias empíricas, Shen Kuo propuso un enfoque interdisciplinario de la arqueología y practicó ese enfoque a través de su trabajo en metalurgia, óptica y geometría en el estudio de medidas antiguas.
Durante el período en que trabajó en la Oficina de Astronomía, el interés de Shen Kuo en la arqueología y las viejas reliquias lo llevó a reconstruir una esfera armilar a partir de modelos existentes y de textos antiguos que proporcionaban información adicional. Shen estudió el armamento antiguo, describiendo los dispositivos de visión a escala en ballestas antiguas y la producción de espadas de los antiguos con cuchillas compuestas, que tenían una nervadura central de hierro forjado y acero de bajo carbono, mientras que tenían dos bordes filosos de acero con alto contenido de carbono.
Geología
Shen Kuo formuló una hipótesis pionera sobre el proceso de formación de la Tierra basada en varias observaciones que tomó como evidencia. Esto incluyó la observación de conchas fósiles en un estrato geológico de una montaña a cientos de kilómetros del océano. Dedujo que la Tierra fue remodelada y formada por la erosión de las montañas y el levantamiento y la deposición de sedimentos, después de observar las extrañas erosiones naturales de las montañas Taihang y la montaña Yandang, cerca de Wenzhou.
La teoría de deposición sedimentaria de Shen Kuo contiene los fundamentos de lo que siete siglos más tarde fue la obra de James Hutton, considerado la base de la geología moderna.
Shen formuló la hipótesis de que, con la inundación del cieno, la tierra del continente debería haber sido formada durante un período de tiempo enorme. Mientras visitaba las montañas Taihang en 1074, Shen Kuo notó estratos de conchas de bivalvos y rocas ovoides en un tramo horizontal a través de un acantilado, como un gran cinturón. Propuso entonces que el acantilado fue en tiempos pretéritos la ubicación de una antigua costa que, para su tiempo, se había desplazado cientos de millas al este.
Shen Kuo también escribió que, dado que los bambúes petrificados se encontraron bajo tierra en un área climática donde nunca se había sabido que fueran cultivados, el clima allí debía de haber cambiado geográficamente con el tiempo. Alrededor del año 1080, Shen notó que un deslizamiento de tierra en la orilla de un gran río cerca de Yanzhou había revelado un espacio abierto a varias docenas de metros bajo tierra, una vez que el banco colapsó. Este espacio subterráneo contenía cientos de bambúes petrificados aún intactos con raíces y troncos, «todos convertidos en piedra», como escribió Shen Kuo. Shen remarcó que los bambúes no crecían en Yanzhou, que se encuentra en el norte de China; se sentía desconcertado con el descubrimiento que había hecho. Teniendo en cuenta que los lugares bajos, húmedos y sombríos proporcionan las condiciones adecuadas para el crecimiento de bambú, Shen dedujo que el clima de Yanzhou debía de haber encajado en esa descripción en tiempos muy antiguos.
Meteorología
La especulación e hipótesis tempranas pertenecientes a lo que ahora se conoce como meteorología tenían una larga tradición en China. Siguiendo esta tradicón, a Shen Kuo se atribuyen las primeras descripciones detalladas de los tornados en el este de Asia. También formuló una hipótesis (propuesta con anterioridad por Sun Sikong, un siglo antes) de que los arcos iris se formaban por la sombra del sol en la lluvia, que se produce cuando el sol brilla sobre ella. Esta explicación, aunque no del todo precisa, encaja con los principios modernos que afirman que el arco iris es resultado del fenómeno de refracción atmosférica y está básicamente de acuerdo con los principios científicos modernos. En Europa, Roger Bacon (1214-1294) fue el primero en sugerir que los colores del arco iris son causados por el reflejo y la refracción de la luz solar a través de gotas de lluvia.
Shen también formuló la hipótesis de que los rayos del sol se refractan antes de llegar a la superficie de la tierra y, por lo tanto, las personas que observan el sol no lo ven en su posición exacta. En otras palabras, la altitud aparente del sol es más alta que la altitud real del sol.
Astronomía e instrumentos
Como jefe de la Oficina de Astronomía, Shen Kuo era un ávido estudioso de la astronomía medieval y mejoró los diseños de varios instrumentos astronómicos. A Shen se le atribuye la realización de diseños mejorados del gnomon, esfera armilar y reloj de clepsidra. Para la clepsidra, diseñó un nuevo tipo de tanque de desbordamiento y propuso una interpolación de orden superior más eficiente en lugar de una interpolación lineal para calibrar la medida del tiempo.
Mejorando el modelo del tubo de avistamiento astronómico del siglo V, Shen Kuo amplió su diámetro para que la nueva calibración pudiera observar la estrella polar indefinidamente. Esto se debió a que la posición de la estrella polar había cambiado desde la época de Zu Geng en el siglo V. Así, Shen Kuo observó diligentemente el curso de la estrella polar durante tres meses, trazando los datos de su curso y llegando a la conclusión de que se había desplazado un poco más de tres grados. Algunos historiadores afirman que este hallazgo astronómico tuvo un gran impacto en la intelectualidad china en aquel momento. Incluso algunos de los rivales políticos de Shen y el astrónomo contemporáneo Su Song aceptaron su propuesta de corrección en la posición de la estrella polar (a medio camino entre Tian shu, a -350 grados y la actual Polaris).
Shen Kuo, como muchos de sus antecesores, también escribió sobre eclipses solares y lunares. Los utilizó como base para afirmar que los cuerpos celestes eran esféricos. Cuando el director del Observatorio Astronómico le preguntó a Shen Kuo si las formas del Sol y la Luna eran redondas como pelotas o planas como abanicos, Shen Kuo explicó que los cuerpos celestes eran esféricos debido al conocimiento del creciente y el menguante de la Luna. Tal como Zhang Heng había hecho en su momento, Shen Kuo comparó la Luna con una bola de plata, que no produce luz, sino que simplemente refleja la luz si proviene de otra fuente (el Sol). Explicó que cuando la luz del Sol se inclina, la Luna aparece llena. Luego explicó que si uno cubría cualquier tipo de esfera con polvo blanco y luego se veía desde un lado, parecía ser una media luna; por lo tanto, razonó que los cuerpos celestes eran esféricos. También escribió que, aunque el Sol y la Luna estaban en conjunción y oposición entre sí una vez al mes, esto no significaba que el Sol se eclipsaría cada vez que sus caminos se encontraban, debido a la pequeña oblicuidad de sus trayectorias.
Junto con su colega Wei Pu en la Oficina de Astronomía, Shen Kuo planeó trazar las coordenadas exactas de los movimientos planetarios y lunares al registrar sus observaciones astronómicas tres veces por noche durante un período continuo de cinco años. Los astrónomos de la época de Shen aún conservaban la teoría y las coordenadas lunares propuestas anteriormente por Yi Xing. Estas coordinadas, después de 350 años, habían pasado a un estado de error considerable.
Shen y Wei comenzaron las observaciones astronómicas de la Luna y los planetas trazando su ubicación tres veces por noche durante lo que deberían haber sido cinco años sucesivos. Los funcionarios y astrónomos de la corte se opusieron profundamente al trabajo de Wei y Shen, ofendidos por su insistencia en que las coordenadas del renombrado Yi Xing eran inexactas. También calumniaron a Wei Pu, por el resentimiento de que un plebeyo tuviera una experiencia superior a la de ellos. Cuando Wei y Shen hicieron una demostración pública usando el gnomon para demostrar que el indudable error, los otros astrónomos acordaron a regañadientes corregir los errores lunares y solares. A pesar de este éxito, finalmente se descartaron las tablas de movimientos planetarios de Wei y Shen. Solo se corrigieron los peores y más obvios errores planetarios, y quedaron aún muchas imprecisiones.
Impresión de tipo móvil
Shen Kuo escribió en su obra que durante el período del reinado de Qingli (1041-1048), un vulgar plebeyo y artesano conocido como Bi Sheng (990-1051) inventó la impresión cerámica de tipo móvil. Aunque el uso de ensamblar caracteres individuales para componer una pieza de texto tuvo sus orígenes en la Antigüedad, la innovación metódica de Bi Sheng fue algo completamente revolucionario para su época. Shen Kuo señaló que el proceso era tedioso si uno solo quería imprimir unas pocas copias de un libro, pero si se deseaba hacer cientos o miles de copias, el proceso era increíblemente rápido y eficiente. Más allá del comentario de Shen Kuo, no se sabe nada de la vida de Bi Sheng o la influencia del tipo móvil en su vida. Aunque los detalles de la vida de Bi Sheng eran poco conocidos, Shen Kuo escribió:
«Cuando Bi Sheng murió, su fuente de tipo pasó a manos de mis seguidores (uno de los sobrinos de Shen), entre quienes se ha mantenido como una posesión preciosa hasta hoy».
Hay algunos ejemplares supervivientes de libros impresos a finales de la dinastía Song con la impresión de tipo móvil. Esto incluye Notas del salón de jade, de Zhou Bida, impresa en 1193 utilizando el método de caracteres movibles de barro cocido que Shen Kuo había descrito en sus Ensayos del estanque de los sueños.
A pesar de los avances posteriores, la impresión de tipo móvil nunca consiguió el uso generalizado en el este de Asia, como la impresión en madera había logrado desde la dinastía Tang en el siglo IX. Con el chino escrito, la gran cantidad de morfemas escritos impidió la aceptación del tipo móvil y su uso práctico. Además, la imprenta europea, inventada por Johannes Gutenberg (1398-1468), fue finalmente adoptada como el estándar en China.
Filosofía y creencias
Shen Kuo estaba a favor de las nociones taoístas, que desafiaban la autoridad de la ciencia empírica de su época. Aunque se podía discernir mucho a través de la observación empírica y del estudio, Shen, en línea con las corrientes taoístas, afirmaba que los secretos del universo eran ilimitados, algo que la investigación científica podría simplemente expresar en fragmentos y conocimientos parciales.
Shen Kuo se basó en el I Ching al explicar los procesos espirituales y el logro de la «pre-ciencia» en el conocimiento. Era un firme creyente en el destino y el pronóstico, e hizo explicaciones racionales de las relaciones entre ellos. Según él, la mayoría de las personas solo puede juzgar las cosas por las experiencias de la vida ordinaria, pero los fenómenos fuera del alcance de este enfoque son bastante numerosos. Afirmaba que es inseguro investigar los principios naturales usando solo la luz del conocimiento común y las ideas subjetivas.
En sus comentarios sobre la obra del antiguo filósofo confuciano Mencio (372-289 a. C.), Shen destacaba la importancia de seguir lo que uno sabía que era un camino verdadero. Según él, el corazón y la mente no podían alcanzar el pleno conocimiento de la verdad a través de la mera experiencia sensorial.
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