Scienza e tecnica in Cina
Il contributo è tratto da Storia della civiltà europea a cura di Umberto Eco, edizione in 75 ebook
Il Medioevo cinese anticipa di ben 250 anni quello europeo. A una grande instabilità politica e bellica succede, qualche secolo dopo, un periodo di grande sviluppo sotto la dinastia Liang. Si diffonde una forma di economia monetaria e le scienze e le tecniche compiono grandi progressi. Lo stesso progresso tecnico e medico si avverte nel periodo dal V al X secolo: si pensi alla diffusione della stampa a caratteri mobili, alla creazione dei primi orologi meccanici, ai progressi della medicina che avranno i loro riflessi in Europa molto più tardi.
Una breve cronologia
Cina, anno 476. Mentre a Ravenna il “barbaro” Odoacre, re degli Eruli, depone Romolo Augustolo dando inconsapevolmente inizio al Medioevo europeo, in Cina il Medioevo cinese, già iniziato nel 220 con il collasso e la frantumazione dell’impero Han, è ancora in atto, e lo sarà sino alla riunificazione territoriale del 581. Questo periodo è connotato dallo smembramento del territorio in diversi Stati autonomi dalla spiccata tendenza a fagocitarsi reciprocamente, fra loro belligeranti, dai confini instabili, motivi che ne rendono precaria l’esistenza e variabile il numero. A Nord, i “barbari” fondano numerosi stati indipendenti (periodo dei Sedici Regni); segue l’azione riunificatrice della potente tribù Tuoba dopo la quale si alternano cinque dinastie straniere le cui istituzioni sono completamente sinizzate. Anche il Sud vive una lunga stagione di cambiamenti dinastici: nella vasta regione in cui lo Yangzi regna sul paesaggio con la sua immensa foce, si alternano in rapida successione sei case regnanti tutte con capitale a Nanchino (periodo delle Sei Dinastie: Wu, Jin occidentali, Song orientali, Qi, Liang, Chen). La ricostituzione dell’impero si deve a due dinastie cinesi, la Sui (581-618) e la successiva Tang (618-907), entrambe fondate da funzionari militari in rivolta. Sconfitte esterne (disfatta di Talas contro gli Arabi nel 751) e rivolte interne (ribellione di An Lushan) catalizzano il declino dei Tang e il ritorno alla frammentazione territoriale in Stati indipendenti fino all’avvento della dinastia Song (960), che unifica l’impero.
Economia monetaria e progresso scientifico nel VI secolo (epoca Liang)
È stato ipotizzato che ogni qualvolta l’economia monetaria attraversa una fase di sviluppo, anche le elaborazioni concettuali e tecniche che interessano la scienza subiscono avanzamenti e progressi. Utilizzando la crescita dell’economia monetaria come indicatore di scienza, è possibile individuare che, tra il V e il X secolo, il periodo più significativo per la Cina è quello dell’epoca Liang (502-557), una delle Sei Dinastie che si alternano al sud. Il periodo Liang è effettivamente caratterizzato da una massiccia circolazione di denaro coniato; alla moltiplicazione del conio sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo, si accompagna un caos monetario (coesistenza di monete ufficiali e monete fuori corso o del tutto false), e la risultante è una grande attenzione dello Stato per la politica monetaria nel tentativo di razionalizzare il settore.
Per la storia della scienza in epoca Liang, il dato più importante è il clima di dibattito che si instaura tra gli adepti delle tre teorie cosmologiche (Gai Tian, che rappresenta il Cielo come una calotta emisferica che ricopre la Terra quadrata; Hun Tian, che immagina la Terra sferica galleggiante all’interno della sfera celeste; Xuan Ye che ipotizza che i corpi celesti siano immersi nello spazio vuoto e infinito) che convivono con pari dignità culturale e che hanno dato – tutte – il loro determinante contributo nella formazione del corpus dell’astronomia tradizionale cinese. Le tappe più significative della disputa sono databili al 520, quando il matematico e topografo Fang Xindu sostiene la teoria Hun Tian, e la conferenza-dibattito del 525 in cui è accettata ufficialmente la teoria Gai Tian, (ispiratrice di tutti i metodi per “misurare il cielo”). Val la pena di sottolineare che mai in Cina c’è stata la messa al bando di teorie scientifiche, né processi o roghi per i loro seguaci.
Rimarchevoli progressi si hanno nell’orologeria idraulica; vengono compilati razionali manuali che spiegano l’uso dei complicati orologi ad acqua, e questi strumenti subiscono miglioramenti che li rendono più precisi e affidabili. Nel 506, il matematico e astronomo Zu Genzhi, autore di Tianwen lu (Registrazioni astronomiche), ha l’incarico di riparare la clessidra idraulica utilizzata dai funzionari imperiali come campione per la costruzione di altre clessidre e che è palesemente imprecisa; siccome la precisione dell’orologio idraulico dipende dalla regolarità della quantità d’acqua che gocciola e ciò può essere ottenuto soltanto mantenendo costante la sua pressione al punto di uscita, Zu Genzhi escogita brillanti soluzioni tecniche: tre recipienti cilindrici in bronzo (al posto dei due tradizionali) con coperchi che impediscono l’ingresso delle impurezze, rubinetti gocciolatoi a forma definita (è scelta la bocca del drago) e due vasi orari, uno per il giorno e l’altro per la notte; tra le modifiche di Zu Genzhi va segnalato che il vaso intermedio è per giunta dotato di un divisorio che obbliga l’acqua a un percorso che ne rende costante l’effusione nel recipiente sottostante.
L’interesse per gli strumenti misuratori del tempo non è disgiunto da quello per le unità di misura più appropriate per scandirlo. In Cina, la classica unità di misura del tempo è il quarto d’ora, ke (14 minuti e 24 secondi); la giornata è divisa in 100 ke, ma è anche divisa in 12 doppie ore, shi; queste due divisioni sono indipendenti dalla tarda epoca Zhou (V-IV sec. a.C.). È soltanto in epoca Liang che, per la prima volta nella storia della scienza cinese, l’imperatore Wu (nel 507) cerca di mettere in relazione fra loro i due sistemi di divisione del giorno: siccome 100 non è divisibile per 12, egli propone di ridurre a 96 il numero di ke che costituiscono un giorno, così che un giorno può essere indifferentemente misurato in 12 shi o 96 ke. Nel 544 il numero 96 sarà poi sostituito da 108, più consono alla complessa speculazione numerologica cinese derivata dai classici, e anch’esso divisibile per 12. Le soluzioni adottate dai Liang per rendere conciliabili matematicamente le unità di misura del tempo, rimangono inalterate per diversi secoli: per nuove elaborazioni bisognerà aspettare la prima metà del secolo X (periodo delle Cinque Dinastie).
Nel campo più propriamente astronomico, sotto i Liang proliferano diversi modelli uranografici. I particolari costruttivi di questi modelli ci sono forniti dal Sui Shu (Annali della dinastia Sui). Attorno al 550 è documentata l’esistenza di un enorme globo di legno, perfettamente sferico, con i poli, l’eclittica, l’equatore celeste, i 28 xiu (costellazioni) e le stelle; questa rappresentazione della sfera celeste è circondata da un anello che rappresenta la Terra. Il cosiddetto globo dei Liang servirà da modello per i costruttori di epoche successive.
I Liang dedicano attenzione anche alla calendaristica. Il calendario adottato nei primi anni della dinastia è lo Yuanjia di He Chengtian, promulgato nel 443 dalla precedente dinastia dei Liu Song; nel 509 l’imperatore Wu decreta l’utilizzo del calendario Daming, compilato nel 462 da Zu Chongzhi, di gran lunga più preciso del precedente per il calcolo dell’anno tropico. Importante è anche l’opera di Liu Zhuo (544-610) databile nel periodo immediatamente successivo ai Liang ma che ha ispirazione e radici nella scienza sviluppatasi durante questa dinastia. Infatti, nel suo calendario Huanji, che diventerà ufficiale nel 604, Liu Zhuo applica il metodo detto delle differenze finite di cui si era già occupato Zu Chongzhi (noto per le sue speculazioni nel calcolo del π, autore di un classico della matematica andato perduto ma che resta tra i testi da studiare per superare gli esami imperiali, e padre del già citato astronomo Zu Genzhi). Attorno al 600 Liu Zhuo si occupa anche di perfezionare la misura dell’ombra dello gnomone per rendere più precise le rilevazioni dei solstizi.
In epoca Liang, la geografia, intesa come consapevole rilevazione scientifica necessaria allo studio e alla conoscenza di terre e popoli, compie notevoli progressi. Nasce infatti in questo periodo, per la prima volta in Cina, un genere letterario detto zhigong tu (illustrazioni dei popoli tributari) che prende le mosse da un filone di ricerca che potremmo definire geografia antropologica. Il primo testo di questo tipo è del 550 ed è attribuito all’imperatore Yuan, successore di Wu. Ancora nel campo della ricerca geografica, in epoca Liang si tende alla razionalizzazione dei dati esistenti; verso la fine della dinastia è ampliato il Dili Shu (Libro di geografia), un’opera enciclopedica che era stata composta durante la precedente epoca Qi raccogliendo ben 160 monografie geografiche esistenti. L’interesse degli studiosi Liang per l’aggiornamento dei dati e il contributo migliorativo al Dili Shu non sembra irrilevante, se si pensa che questo testo può essere considerato il primo compendio di informazioni geografiche. I rilievi cartografici incisi su pietra e la compilazione di un testo come il Dingjing tu (Specchio illustrato della Terra) con le sue informazioni mineralogiche e geobotaniche, confermano la funzione di stimolo che l’epoca Liang ha su quelle successive; difatti, i primi fungono da modello per le splendide testimonianze cartografiche di epoca Song, e il secondo è una tra le più importanti fonti di Li Shizhen per la compilazione dell’ormai celeberrimo Bencao Gangmu(fine XVI sec.).
Nel periodo Liang, menzioniamo ancora l’uso di battelli a ruota mossa da pedali (l’invenzione è attribuita all’ammiraglio e ingegnere Huang Faqiu, che utilizza i meccanismi nel 573, durante l’assedio di Li Yang). L’uso di carri a vela, spinti dunque dal vento sulla terraferma, è descritto per la prima volta dall’imperatore Luan (552-554) dei Liang.
Invenzioni tecniche e scoperte mediche tra il V e il X secolo
La polvere da sparo, o polvere nera, o polvere pirica, è un miscuglio di salnitro o nitrato di potassio, KNO 3 – poco igroscopico rispetto agli altri nitrati, e sostanza fortemente ossigenata che reagisce vivacemente con molecole ossidabili –, zolfo – in genere estratto per riscaldamento dalla pirite (solfuro di ferro, FeS) – e carbone. Questa miscela, per la prima volta menzionata in Occidente nel 1240 in un’opera di Abu Muhammad al-Malaqi ibn al-Baytar che la chiama “neve cinese”, viene descritta in Cina nell’808 (epoca Tang), dall’alchimista taoista Zhao Naian nel suo Qian Hong Jia Geng Zhi Bao Ji Cheng (Compendio esaustivo del tesoro di piombo, mercurio, legno e metallo). La formula di Zhao prevede due once di zolfo e due di salnitro mescolate a 1/3 di oncia di aristolochia essiccata. L’aristolochia (Aristolochia) è una pianta ricca in carbone. Esperimenti successivi con la miscela di Zhao hanno dimostrato che essa s’infiamma e brucia vivacemente, ma non è esplosiva.
Nell’850, nel Zhen Yuan Miao Dao Yao Lüe (Compendio del Dao della vera origine), attribuito a Zheng Yin ma più probabilmente di autori diversi, vengono pubblicate 35 ricette considerate talmente “pericolose” da potere recare “discredito” ai taoisti che le avessero preparate; fra esse la miscela di Zhao nella quale, però, l’aristolochia viene sostituita da miele essiccato. Tale miscuglio, che può causare “fuoco e fiamme” tali da incendiare con violenza individui e case, è accuratamente sconsigliato. La data dell’850 viene dunque ritenuta quella della consapevole invenzione della polvere da sparo in Cina.
Documenti del 904 e del 975 testimoniano i primi impieghi di polvere nera per scopi bellici in un prototipo di lanciafiamme. In queste armi, da un tubo di bambù vengono lanciati spruzzi di cherosene cui si è dato fuoco con una miccia impregnata di polvere nera. Man mano che esperimenti successivi arricchiscono di salnitro la miscela, il suo potere deflagrante diviene sempre di più esplosivo e, a partire dagli inizi del secolo XI, si ha l’invenzione e l’impiego di vere e proprie bombe e di armi atte ad utilizzarle.
Anche l’invenzione della stampa a caratteri mobili è preceduta e, in un certo senso preparata, in Cina da tecniche molto in voga in quelle terre fin dall’antichità: innanzitutto quella dei sigilli (che serviva a marcare i nomi), probabilmente di derivazione babilonese e sumera; vi fu poi la tradizione di iscrivere a rilievo su vasi e oggetti rituali i caratteri in bronzo mediante colatura del metallo liquido in appositi stampi; anche la litografia che utilizzava come supporto la pietra incisa, fornì un substrato tecnico non indifferente; l’introduzione del buddismo, poi, con lo slancio di divulgazione che seguì, favorì l’ingegno e catalizzò nuove invenzioni. È infatti attorno al VI secolo che viene utilizzato un procedimento che stampa immagini sacre a partire da un cartoncino nel quale sono stati praticati minuscoli forellini che formano l’immagine da riprodurre; messo su carta, esso viene cosparso di inchiostro e pressato sul foglio. Economico e rapido, il sistema permette la riproduzione di innumerevoli copie di un identico soggetto.
Il primo testo cinese stampato che si conosca è realizzato tra il 704 e il 751 a partire da un’unica matrice di legno inciso: si tratta di un documento buddista trovato in Corea, nel tempio di Pulguk-sa de Kyongju. Il primo libro riprodotto con una tecnica del genere è il Sutra del diamante. Questo testo, ora conservato al British Museum, fu scoperto nel 1907 da Aurel Stein a Dunhuang, assieme a una miniera di altri documenti; consiste in un rotolo lungo 5,30 m e largo 27 cm con un ricco frontespizio che raffigura il Buddha che conversa con un discepolo, circondato da una miriade di esseri celesti e di altri discepoli e servitori. In breve tempo, alla produzione di testi sacri si fonde quella di testi ordinari. I primi sono i calendari; poi, nell’847 e nell’851 appare la biografia dell’alchimista Liu Hong; nella prima metà del X secolo una raccolta delle composizioni poetiche del letterato He Ning; nel 913 un commentario a Laozi ad opera del monaco taoista Xuan Zong. La pubblicazione più importante che chiude il periodo, è la stampa di undici testi classici, a cura di Feng Dao (un ministro prudente e longevo che attraversa diverse dinastie) nel 953.
Per l’incisione dei testi è utilizzato principalmente il legno di pero dalla tessitura fine, liscio e duraturo; il giuggiolo (Zizyphus vulgaris) è considerato, invece, di seconda scelta. Dopo l’incisione (spesso sulle due superfici recto-verso), i blocchi di legno sono lasciati in acqua per un mese, e poi essiccati all’ombra, trattati con olio vegetale e lucidati con un’erba l’Achnatherum. L’invenzione dei caratteri mobili, attribuita a Bi Sheng (990 ca. - 1051), si fa risalire all’inizio del secolo XI.
Notevole è anche l’evoluzione nella produzione tecnica degli orologi meccanici. Il primo di questi congegni è costruito nel 725 da Yi Xing (683-727), matematico e monaco buddista. Una ruota, mossa da forza idraulica (acqua), fa compiere a una sfera (la sfera celeste, al cui centro si ipotizza ci sia la Terra) un giro completo in 24 ore; attorno a essa, due globi rappresentanti la Luna e il Sole si muovono in cerchio, incastonati ognuno su un anello diverso; ad ogni giro della sfera celeste verso ovest (corrispondente al moto di rivoluzione completa della Terra), la Luna avanza di 13 gradi di grado verso est, e il Sole di un grado nella medesima direzione; dopo 29 giri più una frazione di rotazioni della sfera celeste, il Sole e la Luna si incontrano. Ogni 365 rotazioni della sfera, il Sole, incastonato su un anello rotante, effettuava un giro completo. Tazze che portano il liquido, ingranaggi, indicatori del tempo, ruote, assi, dispositivi d’arresto e meccanismi vari, rendevano possibile il funzionamento regolare dell’orologio. Lo strumento, inoltre, è dotato di una campana e di un tamburo che segnano le ore e i quarti d’ora. I supporti dello strumento sono in acciaio, e il dispositivo di trasmissione del moto è il primo esempio conosciuto di scappamento. Nel 730, l’orologio di Yi Xing è uno degli argomenti da studiare nei programmi degli esami per funzionari. Nonostante ciò, il congegno andò perduto prima dell’avvento dei Tang e nel 976, Zhang Sixun ne costruisce un altro più grande e sofisticato, che usa il mercurio come forza idraulica (l’acqua infatti tende a gelare in inverno), montato su una torre alta tre metri: la macchina effettua una rivoluzione in 24 ore e i pianeti seguono il loro corso lungo l’eclittica, le ore sono indicate da dodici pannelli che compaiono e scompaiono. Ricordiamo che in Occidente, nel 1271, nei suoi commentari alla Sfera di Sacrobosco, Robertus Anglicus informa che alcuni artigiani invano tentano di costruire una ruota meccanica che dovrebbe eseguire un giro completo in un giorno; bisognerà aspettare il 1310 per avere, infine, in Europa, un orologio meccanico.Trasmissione a catena. Un miglioramento dell’orologio meccanico è, invece, proposto nel 976 da Zhang Sixun, introducendo una catena per trasmettere l’energia a ruote dentate (trasmissione a catena).Lo studio astronomico è ulteriormente approfondito negli Annali della dinastia Jin del 635 è esposto per la prima volta il principio secondo il quale la coda delle comete è orientata sempre il senso opposto rispetto al Sole. Secondo la concezione cinese, è il potente qi del Sole, cioè il suo “soffio vitale”, a indirizzare la direzione della coda.
Tecniche raffinate sono utilizzate nell’antica Cina anche per la fusione di ghisa e ferro, per ottenere una lega più povera in carbonio (processo noto come Martin Siemens nel 1863). Questa tecnica appare in Cina già nel V secolo, e descritto nel secolo successivo come procedimento utile a costruire spade e armi più resistenti.
Anche nelle tecniche di costruzione il primo ponte ad arco a sesto ribassato è costruito da Li Chun nel 610; è ancora possibile ammirarlo a Zhaoxian (Shanxi), sul fiume Jiao: in pietra, un’unica gittata di 37,50 metri di lunghezza, con un arco a sesto per sostegno; due archetti per lato, posti tra il sesto di arco e la gittata che scavalcano il fiume, riducono il peso della struttura, la rendono elastica, e fanno passare l’acqua in caso di piena riducendo l’allagamento del camminamento del ponte. La tecnica del ponte ribassato sarà importata in Occidente solo nel XIII secolo come dimostrano il ponte Saint Exprit sul Rodano, in Francia, e il ponte Abbot di Bury St Edmunds, in Inghilterra.
Anche la scienza medica dimostra tutta la sua precocità nella cultura cinese. È verso l’anno 650 che il medico Cui Zhiti fa una prima distinzione tra il gozzo vero e proprio (ipertrofia della ghiandola tiroidea), e il gonfiore incurabile di natura tumorale, mentre un suo contemporaneo, Zhen Quan, pubblica una ricetta per curare queste affezioni che prevede l’uso di ghiandole tiroidee di montoni castrati: liberate dal grasso, essiccate, polverizzate e ridotte in pillole assieme a giuggiole, devono essere inghiottite dai pazienti. Un’altra prescrizione indica l’uso di una sola ghiandola tiroidea – sempre di montone – che, sgrassata, doveva essere data al paziente da succhiare.
Un altro episodio degno di nota è quello di cui è protagonista il primo ministro Wang Dan (957-1027) che, a seguito della morte del figlio per vaiolo, ordina a medici e alchimisti di trovare un rimedio per evitare che l’intera sua famiglia sia sterminata dal morbo. È così che nasce le proposta di inoculare dei germi per vaccinare. La tecnica, che in seguito sarà migliorata, consiste nel prelevare delle pustole vaiolose dai malati, essiccarle, ridurle in polvere, imbibire del cotone umido con questa polvere e inserire il tampone nel naso del paziente. L’assorbimento dei germi attraverso la mucosa nasale è il primo esempio di vaccinazione. Nel 980, il monaco naturalista Lu Zanning (919-1001) pubblica Wu Lei Xiang Gan Zhi (Inchiesta sulle cose del mondo); vi si legge: “In caso di malattia dovuta a epidemia con febbre, si raccoglieranno il più possibile degli abiti delle persone contaminate, e li si tratterà accuratamente con il vapore. In questo modo, il resto della famiglia scamperà all’infezione”.
A tutto ciò si aggiunga che verso il 625 (epoca Tang), il matematico Wang Xiaotang propone un metodo per risolvere equazioni del tipo x3 + ax2 – b = 0 (di terzo grado); legato alla pratica, questo metodo ricerca soltanto soluzioni positive.