Zhang Heng

Zhang Heng fue un erudito-funcionario que sirvió a la dinastía Han Oriental, que gobernó China desde su capital en Luoyang entre el año 25 y el 220 d. C. Hoy se le recuerda sobre todo como científico e inventor. En su propia época y durante siglos después fue igual de famoso como poeta.

A menudo se le llama polímata, una persona con conocimientos expertos en muchos campos. Trabajó en astronomía, matemáticas, calendarios, ingeniería mecánica, geografía y cartografía, y escribió largas rapsodias (fu) y poemas líricos breves que se recopilaron en la antología más importante de la primera literatura china.

Su invento más conocido, presentado a la corte en 132 d. C., fue un sismoscopio: un instrumento que reaccionaba a los terremotos y mostraba su dirección. Los historiadores generalmente lo consideran el primer dispositivo conocido de su tipo en el mundo.

Zhang Heng vivió casi al mismo tiempo que el gran astrónomo griego Ptolomeo en el Egipto romano. Los dos nunca supieron el uno del otro, pero los historiadores modernos a veces los comparan como los principales astrónomos de los dos grandes imperios en cada extremo de Eurasia.

Zhang Heng nació en el año 78 d. C. en Xi'e, una localidad de la Comandancia de Nanyang en lo que hoy es la provincia de Henan. Su familia era respetada pero no rica; su abuelo había sido gobernador de comandancia y apoyó la restauración de la dinastía Han bajo el emperador Guangwu. Su padre murió cuando él tenía unos diez años, y fue criado por su madre y su abuela.

En el año 95, con unos diecisiete años, dejó su hogar para estudiar en las dos grandes ciudades de Chang'an y Luoyang, donde asistió a la Academia Imperial (Taixue). Se hizo amigo de eruditos notables como el matemático y calígrafo Cui Yuan, el clasicista Ma Rong y el filósofo Wang Fu. Le ofrecieron cargos oficiales, pero al principio los rechazó.

Hacia el año 100 regresó a Nanyang como Oficial de Mérito, redactando documentos oficiales para el gobernador local. Allí pasó años componiendo sus rapsodias sobre las capitales, y hacia los treinta años comenzó el estudio serio de la astronomía y las matemáticas.

En 112 el emperador An lo convocó a Luoyang por su reputación en matemáticas. Sirvió dos veces como Astrónomo Jefe (115–120 y 126–132), y después ascendió a Asistente de Palacio, un consejero cercano al emperador Shun. Tras enfrentarse a los poderosos eunucos de palacio, dejó la capital hacia el año 136 para servir como canciller del reino de Hejian, en el norte. Fue llamado de vuelta a Luoyang en 138 y murió allí en 139.

Los terremotos eran una preocupación seria para el estado Han. Destruían pueblos, y también se interpretaban como señales del Cielo de que algo iba mal con el gobierno. Saber rápidamente dónde había golpeado un terremoto ayudaba a la corte a enviar ayuda y responder al presagio.

En 132 Zhang Heng presentó un dispositivo llamado houfeng didong yi (候風地動儀), a menudo traducido como "instrumento para medir los vientos estacionales y los movimientos de la tierra". Según el Libro de los Han Posteriores, era una gran vasija de bronce con forma de jarra de vino, de unos dos metros de diámetro, con una tapa abovedada. Ocho cabezas de dragón miraban hacia afuera a su alrededor, una por cada dirección principal, cada una sosteniendo una bola de bronce. Debajo de cada dragón se agazapaba un sapo de bronce con la boca abierta.

En el interior había una columna central (duzhu) conectada a ocho brazos o pistas. Cuando la tierra temblaba, el mecanismo hacía que la boca de un dragón se abriera y dejara caer su bola en el sapo de abajo con un fuerte sonido. La dirección de ese dragón indicaba de dónde había venido el terremoto.

La misma historia cuenta el famoso relato de que un día cayó una bola aunque nadie en Luoyang sintió nada. Los funcionarios dudaron de la máquina hasta que, varios días después, llegó un mensajero informando de un terremoto en Longxi, en la actual Gansu, a varios cientos de kilómetros al noroeste. Después de eso, dice la historia, la corte registró la dirección de los terremotos usando el instrumento.

Como Astrónomo Jefe, Zhang Heng era responsable de observar el cielo, registrar presagios, preparar el calendario y aconsejar qué días eran propicios o desfavorables. En la China Han la astronomía era a la vez una ciencia y una parte del gobierno: se creía que los movimientos de los cielos reflejaban y respondían a los sucesos en la tierra.

En su tratado Constitución Espiritual del Universo (Lingxian, 靈憲), escrito hacia el año 120, describió el cosmos según la teoría huntian ("cielo envolvente"): los cielos son como un huevo de gallina, redondos como una bala de ballesta, y la tierra se sitúa dentro como la yema. Esto competía con la teoría más antigua gaitian, en la que el cielo era un dosel sobre una tierra plana.

Zhang escribió que la Luna, como el agua, no tiene luz propia y brilla solo reflejando el Sol, de modo que la parte que mira al Sol es brillante y la otra está oscura. Explicó los eclipses lunares como el paso de la Luna a una región donde la luz del Sol queda bloqueada. También compiló un catálogo estelar que registraba unas 2.500 estrellas en 124 constelaciones, y señaló que había miles de estrellas más tenues.

Participó en debates cortesanos sobre el calendario. En 123 se opuso a una propuesta de reformar el calendario según textos proféticos "apócrifos" (chenwei), argumentando que no eran fiables, e incluso propuso que tales textos fueran prohibidos. El calendario no se cambió, pero su propuesta de prohibir los textos fue rechazada, y sus opiniones francas le hicieron enemigos.

Una esfera armilar es un modelo del cielo hecho de anillos, cada uno representando un gran círculo como el ecuador celeste o la trayectoria del Sol (la eclíptica). Los astrónomos chinos habían añadido un anillo ecuatorial hacia el año 52 a. C. y un anillo eclíptico hacia el 84 d. C. Zhang Heng completó el instrumento añadiendo anillos de horizonte y meridiano.

Su paso más notable fue hacer que se moviera por sí sola. Usando agua que fluía de un reloj de agua y una rueda hidráulica con engranajes, su esfera giraba lentamente para que coincidiera con la rotación del cielo real. Un observador en el interior podía anunciar qué estrellas salían o se ponían, y coincidiría con lo que veían los que estaban afuera. Zhang es la primera persona conocida en usar la energía del agua para impulsar un instrumento astronómico.

También mejoró el reloj de agua de entrada (clepsidra). En un reloj simple, el agua gotea de un depósito a un recipiente receptor con una varilla flotante que marca la hora. A medida que el depósito superior se vacía, la presión del agua cae y el reloj se ralentiza. En escritos de alrededor del año 117, Zhang describió añadir un depósito compensador adicional entre el reservorio y el receptor para mantener el flujo constante.

Estas ideas tuvieron un largo futuro. Astrónomos chinos posteriores construyeron instrumentos impulsados por agua cada vez más elaborados, que condujeron al mecanismo de escape de Yi Xing en el siglo VIII y a la gran torre de reloj astronómico de Su Song en el siglo XI, que citaba explícitamente la esfera armilar de Zhang como modelo.

Zhang Heng trabajó en el valor de pi, la razón entre la circunferencia de un círculo y su diámetro. Durante mucho tiempo los matemáticos chinos habían usado simplemente 3. Trabajando con los volúmenes de un cubo y una esfera inscrita, Zhang llegó a la raíz cuadrada de 10, unos 3,162. También usó un valor de aproximadamente 3,17 en cálculos astronómicos. Matemáticos posteriores como Liu Hui (siglo III) y Zu Chongzhi (siglo V) alcanzaron valores mucho más precisos.

También fue cartógrafo. Las fuentes registran que presentó un mapa topográfico a la corte en 116. Algunos historiadores, incluido Rafe de Crespigny, le atribuyen la introducción de una cuadrícula rectangular para los mapas chinos, una idea descrita más tarde en detalle por el cartógrafo Pei Xiu en el siglo III. La evidencia, sin embargo, es escasa, y otros eruditos son más cautelosos.

Textos posteriores también atribuyen a Zhang Heng un carro que señala hacia el sur, un carro de dos ruedas cuyos engranajes mantenían a una figura apuntando hacia el sur, y un carro odómetro que golpeaba un tambor tras cada li recorrido. Estas atribuciones son inciertas. El carro que señala hacia el sur fue construido con certeza por Ma Jun en el siglo III, y el odómetro parece haberse desarrollado gradualmente entre los artesanos de la corte.

También es probable que Zhang diseñara sus instrumentos en lugar de fundirlos personalmente. El historiador Anthony Barbieri-Low sostiene que un funcionario de su rango habría trabajado con artesanos y moldeadores hábiles en los talleres imperiales, que merecen parte del crédito.

Para sus contemporáneos, Zhang Heng era ante todo un escritor. Sus rapsodias emparejadas sobre la Capital Occidental (Xijing fu) y la Capital Oriental (Dongjing fu), inspiradas en las anteriores rapsodias de las "Dos Capitales" de Ban Gu, describen Chang'an y Luoyang con gran detalle: palacios, mercados, cotos de caza, festivales y entretenimientos. A diferencia de Ban Gu, Zhang usó el esplendor de la vieja capital como advertencia: el lujo y la decadencia habían arruinado a los Han Occidentales y podían arruinar también a los Han Orientales.

Su Rapsodia de la Capital Meridional celebraba su región natal de Nanyang. En la Rapsodia de la Contemplación del Misterio (Sixuan fu), escrita cuando era atacado en la corte, imagina un viaje espiritual por el cosmos, haciéndose eco del antiguo poema Li Sao, y se pregunta si un hombre bueno debe retirarse de un mundo corrupto o quedarse y permanecer recto.

Dos obras más breves fueron especialmente influyentes. Regreso a los Campos (Guitian fu) es una breve rapsodia que expresa el deseo de dejar el cargo por una vida sencilla en la naturaleza, un tema que se convirtió en central en la poesía china posterior. Las Cuatro Penas (Sichou shi) están entre los primeros poemas chinos con siete caracteres por verso; en la superficie poemas de amor, se leían como lamentos por estar separado del gobernante por hombres mezquinos.

Varias de sus obras se conservaron en las Selecciones de Literatura Refinada (Wen xuan), compiladas por el príncipe Liang Xiao Tong en el siglo VI, lo que garantizó que las generaciones posteriores las leyeran. El poeta Tao Qian elogió a Zhang Heng por su contención y sencillez de lenguaje.

La carrera oficial de Zhang Heng muestra las tensiones de la corte Han Oriental. Los emperadores a menudo subían al trono siendo jóvenes, y el poder se desplazaba entre las familias de las emperatrices, los eunucos de palacio y los eruditos-funcionarios. Zhang pertenecía firmemente al bando de los eruditos-funcionarios, y sus posturas de principios le costaron ascensos.

Debido a sus opiniones sobre los textos apócrifos y su idea de que el efímero Emperador Gengshi merecía más crédito en la historia de la restauración Han, fue excluido del comité que escribía la historia oficial de la dinastía, y nunca logró el prestigioso puesto de historiador de la corte que parece haber deseado.

Tras un terremoto en 133 presentó un memorial criticando las nuevas normas de reclutamiento de funcionarios. Poco después fue nombrado Asistente de Palacio, y usó su cercanía al emperador Shun para advertirle contra los eunucos. Los eunucos lo difamaron, y él respondió con literatura, incluida la Respuesta a la Crítica (Yingjian), en la que un visitante imaginario lo insta a buscar el poder y él responde que un caballero valora la virtud por encima del cargo.

Zhang Heng fue honrado poco después de su muerte. Su amigo Cui Yuan escribió la inscripción para su estela funeraria, elogiando cálculos que "agotaban los cielos y la tierra" e inventos que rivalizaban con la obra de los dioses. En el siglo III el funcionario Xiahou Zhan escribió otra inscripción para su tumba, y el escritor Fu Xuan se quejó de que talentos como Zhang Heng y el ingeniero Ma Jun nunca habían recibido puestos en el Ministerio de Obras, donde su habilidad podría haber beneficiado a todos.

Sus instrumentos tuvieron largas vidas posteriores. Tras la caída de los Jin Occidentales, sus antiguos instrumentos armilares fueron recuperados cuando Liu Yu, el futuro fundador de la dinastía Liu Song, capturó Chang'an en la década de 410, y en 436 se ordenó al astrónomo Qian Lezhi construir un nuevo globo celeste impulsado por agua según el modelo de Zhang. Artesanos de las dinastías Qi del Norte y Sui construyeron nuevos sismoscopios inspirados en el suyo.

Fuera de China, el sismólogo John Milne, uno de los fundadores de la sismología moderna en Japón en las décadas de 1870 y 1880, escribió sobre el instrumento de Zhang Heng, y se convirtió en un ejemplo estándar en las historias de la ciencia. Hoy su nombre lo llevan un cráter lunar, el asteroide 1802 Zhang Heng, el mineral zhanghengita y el primer satélite chino sismo-electromagnético, Zhangheng-1, lanzado en 2018.

La única descripción detallada del sismoscopio es un breve pasaje en la biografía de Zhang Heng en el Libro de los Han Posteriores, compilado por Fan Ye más de tres siglos después de su muerte. El instrumento en sí se perdió; para la época de la dinastía Yuan, el erudito Zhou Mi señaló que tampoco sobrevivía ninguno de los sismoscopios construidos por imitadores posteriores.

El problema central es la "columna central" (duzhu). La mayoría de las reconstrucciones la interpretan como un péndulo, ¿pero de qué tipo? El sismólogo John Milne y, en 1936, el erudito chino Wang Zhenduo propusieron un péndulo colgante que se balancearía hacia una de las ocho vías. En 1939 los sismólogos japoneses Akitsune Imamura y Hagiwara propusieron en cambio un péndulo invertido, una columna vertical que cae en la dirección del primer choque, argumentando que un péndulo oscilante habría hecho caer más de una bola. El modelo posterior de Wang Zhenduo también usaba una columna vertical. En 2005 un equipo de sismólogos chinos anunció que habían construido una réplica funcional.

Ingenieros como Hong-sen Yan han señalado que ninguna réplica moderna ha alcanzado la sensibilidad descrita en el relato histórico, que implica que el dispositivo podía detectar un terremoto lejano que la gente cercana no podía sentir. También se ha cuestionado la historia de Longxi: algunos autores la vinculan a un gran terremoto de Gansu registrado en la década de 130 o 140, pero su fecha y detalles no pueden confirmarse con registros independientes.

La mayoría de los historiadores, por tanto, aceptan que Zhang Heng construyó un instrumento real que respondía al movimiento del suelo e indicaba una dirección, mientras tratan con cautela las afirmaciones sobre su sensibilidad y precisión. Se describe mejor como un sismoscopio, que muestra que ocurrió un temblor, más que como un sismómetro o sismógrafo, que mide y registra.

A veces se presenta a Zhang Heng en obras populares como un "Leonardo chino" o un antiguo científico moderno. Los historiadores advierten contra esto. Su astronomía era inseparable de la interpretación de presagios: leía cometas, eclipses y movimientos planetarios como guía para la conducta del gobierno, y aceptaba la idea tradicional de que los desastres naturales podían ser la respuesta del Cielo al mal gobierno. Su teoría de los terremotos se basaba en ideas sobre el qi y los "oráculos de los vientos", no en la geología.

Las comparaciones con Ptolomeo ilustran el punto. Los historiadores Jin Guantao, Fan Hongye y Liu Qingfeng han argumentado que la esfera armilar de Zhang estaba físicamente muy cerca de un modelo geocéntrico, pero que él no construyó una teoría geométrica y axiomática como la de Ptolomeo; la astronomía china se centraba en ciclos aritméticos y predicción calendárica más que en modelos geométricos. Otros responden que esto refleja una tradición diferente pero muy eficaz, más que un fracaso.

La obra Science and Civilisation in China de Joseph Needham situó a Zhang Heng al comienzo de una larga tradición china de relojería mecánica, que conduce a través de Yi Xing hasta Su Song. El marco de Needham, que preguntaba por qué la ciencia moderna surgió en Europa y no en China, ha sido en sí mismo ampliamente debatido, pero sus volúmenes siguen siendo una referencia básica para los instrumentos de Zhang.

Finalmente, la reputación de Zhang Heng tiene su propia historia. En el siglo XX se convirtió en un símbolo nacional del logro científico chino, representado en sellos postales, presente en libros de texto, y honrado con el nombre de un satélite de monitoreo sísmico lanzado en 2018. Separar al Zhang Heng histórico de estas imágenes modernas, reconociendo a la vez su genuino brillo, forma parte de la tarea del historiador.