Cosmos: A Spacetime Odyssey

El episodio continúa en el tiempo, usando el concepto del calendario cósmico utilizado en la serie original para proporcionar una metáfora para esta escala. La narración describe cómo si el Big Bang ocurriera el 1 de enero, toda la historia registrada de la humanidad se comprimiría en los últimos segundos del último minuto del 31 de diciembre. Tyson concluye el episodio contando cómo Sagan lo inspiró como estudiante, así como sus otras contribuciones a la comunidad científica.

Tyson describe la extinción de especies y los cinco grandes eventos de extinción que aniquilaron numerosas especies en la Tierra, mientras que algunas especies, como el tardígrado, fueron capaces de sobrevivir y continuar la vida. Tyson especula sobre la posibilidad de la vida en otros planetas, como la luna de Saturno, Titán, así como cómo la abiogénesis puede haber originado la vida en la Tierra. El episodio concluye con una animación del Cosmos original que muestra la evolución de la vida de una sola célula a la humanidad de hoy.

Tyson entonces continúa relacionando la colaboración entre Edmond Halley e Isaac Newton en la última parte del siglo XVII en Cambridge. La colaboración daría lugar a la publicación de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, la primera obra importante para describir las leyes de la física en términos matemáticos, a pesar de las objeciones y reclamos de plagio de Robert Hooke y las dificultades financieras de la Royal Society de Londres. Tyson explica cómo este trabajo desafió la idea predominante de que Dios había planeado los cielos, pero acabaría influyendo en muchos factores de la vida moderna, incluyendo el vuelo espacial.

Tyson describe las contribuciones de Halley basadas en la obra de Newton, incluyendo la determinación de la distancia de la Tierra al Sol, el movimiento de las estrellas y la predicción de la órbita del cometa Halley, que entonces no había sido nombrado, usando las leyes de Newton. Tyson contrasta estos enfoques científicos con la comprensión de la galaxia en comparación con lo que las civilizaciones anteriores habían hecho, y considera este avance como los primeros pasos de la humanidad en la exploración del universo. El episodio termina con una animación de la colisión de la Vía Láctea y Andrómeda basada en los principios de las leyes de Newton.

Tyson procede a describir cómo el trabajo de Isaac Newton, William Herschel, Michael Faraday y James Clerk Maxwell contribuyó a comprender la naturaleza de las ondas electromagnéticas y la fuerza gravitatoria, y cómo este trabajo llevó hacia la teoría de la relatividad de Albert Einstein, que la velocidad de la luz Es una constante fundamental del universo y la gravedad puede verse como distorsión de la estructura del espacio-tiempo. Tyson describe el concepto de estrellas oscuras como postulado por John Michell que no son visibles pero detectables por el seguimiento de otras estrellas atrapadas dentro de sus pozos de gravedad, una idea que Herschel usó para descubrir estrellas binarias.

Tyson entonces describe la naturaleza de los agujeros negros, sus fuerzas gravitacionales enormes que pueden incluso capturar la luz, y su descubrimiento vía las fuentes de rayos X tales como Cygnus X-1. Tyson utiliza el barco de la imaginación para proporcionar un postulado de la deformación del espacio-tiempo y la dilatación del tiempo como uno entra en el horizonte de sucesos del agujero negro, y la posibilidad de que estos pueden conducir a otros puntos dentro de nuestro universo u otros, o incluso viajar en el tiempo. Tyson termina diciendo que el hijo de Herschel, John, estaría inspirado por su padre para continuar documentando las estrellas conocidas, así como contribuciones a la fotografía que juegan sobre la misma naturaleza del tiempo profundo utilizado por los astrónomos.

Tyson procede a discutir la naturaleza de la luz descubierta por la humanidad. El trabajo de Isaac Newton utilizando difracción a través de prismas demostró que la luz estaba compuesta por el espectro visible, mientras que los hallazgos de William Herschel en el siglo XIX mostraron que la luz también consistía en rayos infrarrojos. Joseph von Fraunhofer llegaría más tarde a descubrir que al ampliar el espectro de la luz visible, las lagunas en el espectro se observaría. Estas líneas de Fraunhofer se determinarían posteriormente como causadas por la absorción de luz por electrones al moverse entre orbitales atómicos (en el espectáculo ilustrado por el modelo de Bohr) cuando pasaba a través de átomos, teniendo cada átomo una firma característica debido a la naturaleza cuántica de estos orbitales. Esto ha llevado al núcleo de la espectroscopía astronómica, permitiendo a los astrónomos hacer observaciones sobre la composición de estrellas, planetas y otras características estelares a través de las líneas espectrales, así como observar el movimiento y la expansión del universo y la hipótesis de la existencia de materia oscura.

Tyson narra cómo dos filósofos griegos contribuyeron a nuestra comprensión de la ciencia. Tales fue uno de los primeros pensadores en examinar un "universo gobernado por el orden de las leyes naturales que pudiéramos averiguar", y Demócrito postuló que toda la materia estaba formada por combinaciones de átomos en un gran número de configuraciones. A continuación, describe cómo el carbono forma el bloque básico para la vida en la Tierra debido a su naturaleza química única. Tyson explica la estructura atómica básica de protones, neutrones y electrones, y el proceso de fusión nuclear que se produce en la mayoría de las estrellas que pueden superar las fuerzas electrostáticas que normalmente impide que los átomos se toquen entre sí. Luego discute la existencia de neutrinos que son creados por estos procesos nucleares, y que por lo general pasan por toda la materia, haciéndolos virtualmente indetectables. Explica cómo las instalaciones de la piscina de agua subterránea forradas con detectores especiales como el Super-Kamiokande se utilizan para detectar neutrinos cuando chocan con moléculas de agua y cómo los neutrinos de la supernova SN 1987A en la Gran Nube de Magallanes fueron detectados tres horas antes de los fotones de luz, la explosión se observó debido a la capacidad de los neutrinos para pasar a través de la materia del sol moribundo. Tyson concluye señalando que hay neutrinos del Big Bang que todavía existen en el universo, pero debido a la naturaleza de la luz, hay una "pared del infinito" que no se puede observar más allá.

Tyson luego describe el trabajo que Patterson hizo como graduado bajo su consejero Harrison Brown para proporcionar un recuento exacto de plomo en partículas de circonio de Meteor Crater, y para trabajar con resultados similares que fueron recolectados por George Tilton en cuentas de uranio; con la semivida establecida de la desintegración radiactiva del uranio a conducir, esto sería utilizado para estimar la edad de la tierra. Patterson encontró que sus resultados fueron contaminados por el plomo del ambiente, en comparación con los resultados de Tilton, y requirió la construcción de la primera sala limpia ultra-alta para eliminar todos los rastros de plomo ambiental. Con estos resultados limpios, Patterson fue capaz de estimar la edad de la Tierra a 4500 millones de años.

Tyson continúa explicando que el trabajo de Patterson en la realización de experimentos sin plomo lo dirigió a investigar las fuentes de plomo. Tyson observa cómo el plomo no ocurre naturalmente en la superficie de la Tierra, pero que ha sido fácilmente extraído por los humanos (incluido el Imperio romano, y que el plomo es venenoso para los seres humanos. Patterson examinó los niveles de plomo en el ambiente común y en las partes más profundas de los océanos y del hielo antártico, mostrando que el plomo solo había sido traído a la superficie en los últimos tiempos. Descubriría que los niveles más altos de plomo eran del uso de tetraletilo de plomo en la gasolina plomada, a pesar de demandas establecidas por Robert A. Kehoe y otros que este producto químico era seguro. Patterson seguiría haciendo campaña contra el uso de plomo, lo que años después resultaría en la imposición de restricciones por el Gobierno, sobre el uso de plomo. Tyson termina señalando que el trabajo similar de los científicos sigue siendo utilizado para ayudar a alertar a la humanidad sobre otras cuestiones fatales que pueden ser identificadas por el estudio de la naturaleza.

Tyson entonces explica el ciclo de vida de las estrellas, siendo confirmado por las nubes interestelares. Él explica cómo las estrellas como el Sol mantienen su tamaño debido a las fuerzas en conflicto de la gravedad que atrae a los gases, y la expansión de escape de los gases de las reacciones de fusión en su núcleo. A medida que el Sol envejece, crecerá más y más brillante hasta el punto en que el equilibrio entre estas reacciones fracasará, haciendo que el Sol se expanda primero en una gigante roja, y luego colapse en una enana blanca, el colapso limitado por las fuerzas atómicas. Tyson explica cómo las estrellas más grandes pueden formar formas aún más colapsadas de materia, creando novas y supernovas dependiendo de su tamaño y conduciendo a pulsares. Las estrellas masivas pueden colapsar en los agujeros negros. Tyson entonces describe que las estrellas sólo pueden ser tan grandes, utilizando el ejemplo de Eta Carinae que se considera una masa solar inestable que podría convertirse en una hipernova en un futuro relativamente cercano. Tyson termina describiendo cómo toda materia en la Tierra es la misma materia de la que están hechas las estrellas, y que la luz y la energía de las estrellas es lo que impulsa la vida en la Tierra.

Tyson entonces explica la naturaleza de la tectónica de placas que daría forma a las masas terrestres del mundo. Tyson explica cómo los científicos como Abraham Ortelius plantearon la hipótesis de que las masas de tierra podrían haber estado conectadas en el pasado, Alfred Wegener, quien planteó la hipótesis de una super-continente Pangea y la deriva continental a pesar de la idea predominante de puentes terrestres inundados en ese momento; Bruce C. Heezen y Marie Tharp, quienes descubrieron la dorsal Mesoatlántica que apoyaba la teoría de la tectónica de placas. Tyson describe cómo las masas terrestres de la tierra estaban encima del manto, que se mueve debido al movimiento y al calor del núcleo externo e interno de la tierra.

Tyson pasa a explicar el impacto de los asteroides que inició el evento de extinción Cretácico-Paleógeno, dejando a los pequeños mamíferos como la especie dominante en la Tierra. Tyson procede a describir acontecimientos geológicos más recientes como la formación del mar Mediterráneo debido a la rotura de la presa natural en el Estrecho de Gibraltar y cómo la formación geológica del istmo de Panamá rompió el libre flujo del océano Atlántico en el Pacífico, causando el cambio climático a gran escala tal como dar vuelta a la mayor parte de África de pastizales exuberantes en llanos áridos e influir más lejos evolución hacia mamíferos trepadores. Tyson explica además cómo la influencia de otros planetas en el sistema solar tiene pequeños efectos sobre el giro y la inclinación de la Tierra, creando las diversas edades de hielo y cómo estos cambios influyeron en el comportamiento nómada de los primeros humanos. Tyson concluye el episodio al anotar cómo las masas terrestres de la Tierra se espera que cambien en el futuro y postula lo que puede ser el próximo gran evento de extinción.

Después de que Davy y el químico William Hyde Wollaston intentaron infructuosamente construir sobre el descubrimiento de Hans Christian Ørsted de los fenómenos electromagnéticos para aprovechar la capacidad de crear el movimiento de la electricidad, Faraday pudo crear su propio dispositivo para crear el primer motor eléctrico aplicando la electricidad alineada a lo largo de un imán. Davy, amargado por el avance de Faraday, puso a Faraday en la tarea de mejorar la calidad del vidrio óptico de alta calidad, impidiendo que Faraday continúe sus investigaciones. Faraday, sin temor, siguió trabajando en la Real Institución y creó las Conferencias de Navidad diseñadas para enseñar ciencia a los niños. Después de la muerte de Davy, Faraday regresó a tiempo completo estudiando el electromagnetismo, creando el primer generador eléctrico insertando un imán en una bobina de alambres.

Tyson continúa observando que a pesar de perder algo de su capacidad mental, Faraday concluyó que la electricidad y el magnetismo estaban conectados por campos invisibles, y postuló que la luz también puede estar ligada a estas fuerzas. Faraday descubrió que un campo magnético aplicado podría afectar la polarización de la luz que pasa a través de la muestra de vidrio (un material dieléctrico), llevando a lo que se llama el efecto Faraday y que conecta estas tres fuerzas. Faraday postuló que estos campos existieron a través del planeta, que más adelante sería llamado el campo magnético de la tierra generado por el núcleo interno giratorio del hierro fundido, así como los fenómenos que causaron los planetas girar alrededor del sol. El trabajo de Faraday fue inicialmente rechazado por la comunidad científica debido a su falta de apoyo matemático, pero James Clerk Maxwell más tarde vendría a rehacer las teorías de Faraday en las ecuaciones de Maxwell que validaron las teorías de Faraday. Sus esfuerzos combinados crearon la base de la ciencia que impulsa los principios de las comunicaciones modernas en la actualidad.

Tyson entonces pasa a considerar si la vida en otros planetas podría existir. Explica cómo el Proyecto Diana realizado en la década de 1940 demostró que las ondas de radio son capaces de viajar en el espacio, y que todas las señales de radiodifusión de la humanidad siguen irradiando en el espacio de nuestro planeta. Tyson señala que los proyectos han buscado desde entonces señales similares que emanan potencialmente de otros sistemas solares. Tyson entonces explica que el desarrollo y la vida útil de civilizaciones extraterrestres deben ser considerados para que tal detección sea realizada. Señala que las civilizaciones pueden ser aniquiladas por eventos cósmicos como las supernovas, desastres naturales como el desastre de Toba, o incluso la autodestrucción a través de la guerra u otros medios, lo que dificulta las estimaciones de probabilidad. Tyson describe cómo las galaxias elípticas, en las cuales algunas de las más viejas estrellas enanas rojas existen, ofrecerían la mejor ocasión de encontrar civilizaciones establecidas. Tyson concluye que la inteligencia humana debidamente aplicada debería permitir a nuestra especie evitar tales desastres y permitirnos migrar más allá de la Tierra antes de la eventual transformación del Sol en una gigante roja. La animación de la princesa Enheduanna se basa en Christiane Amanpour de CNN, quien también hizo la voz de Enheduanna en la versión inglesa.

Tyson señala entonces la naturaleza delicada de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera puede influir en el clima de la Tierra debido al efecto invernadero, y que los niveles de dióxido de carbono han estado aumentando desde el comienzo del siglo XX. La evidencia ha demostrado que esto es producto del consumo humano de petróleo, carbón y gas en lugar de erupciones volcánicas debido a la firma isotópica del dióxido de carbono. El aumento del dióxido de carbono ha conducido a un aumento de las temperaturas, que a su vez conduce a bucles de retroalimentación positiva de las capas polares de hielo que se derriten y al deshielo del permafrost para aumentar los niveles de dióxido de carbono.

Tyson nos recuerda que los seres humanos han descubierto hace un siglo, los medios para aprovechar la energía solar, como el motor solar de Augustin Mouchot en 1878 y el generador de vapor solar de Frank Shuman en la década de 1910. En ambos casos la facilidad de usar el carbón en el primer caso y el petróleo barato en el segundo, y el desconocimiento del efecto global de su quema, hicieron que estas invenciones se olvidaran. Hoy en día, los sistemas de energía solar y eólica podrían recolectar fácilmente la suficiente energía del sol. Tyson entonces compara la motivación para cambiar a estas formas más limpias de energía, a los esfuerzos de la carrera espacial y enfatiza que no es demasiado tarde para que la humanidad corrija su curso. Se recuerda el cambio ya realizado, de nómada a agricultor, que implicó en su momento la utilización de la energía solar por el ser humano, en un volumen como nunca antes.
Debemos reunir como especie humana, la voluntad necesaria para tomar acción frente al cambio climático.

Tyson entonces procede a describir el descubrimiento de los rayos cósmicos de Víctor Hess a través de viajes en globo de gran altitud, donde la radiación aumentó cuanto más lejos estaba de la superficie. El astrónomo suizo Fritz Zwicky, al estudiar las supernovas, postuló que estos rayos cósmicos se originaron de estos eventos en lugar de la radiación electromagnética. Zwicky continuaría estudiando las supernovas y, al examinar las velas estándar que emitieron, estimó el movimiento de las galaxias en el universo. Sus cálculos sugieren que debe haber más masa en el universo que los aparentes en las galaxias observables, y llamó a esta materia oscura. Inicialmente olvidada, la teoría de Zwicky fue confirmada por el trabajo de Vera Rubin, quien observó que la rotación de las estrellas en los bordes de las galaxias observables no seguía el comportamiento rotacional esperado sin considerar la materia oscura. Esto llevó a la propuesta de la energía oscura como una teoría viable para dar cuenta de la creciente tasa de expansión del universo.

Tyson entonces describe el viaje interestelar, usando las dos sondas Voyager. Además de la capacidad de identificar varias características en los planetas del sistema solar, la Voyager I pudo demostrar recientemente la existencia de la heliosfera variable del Sol que ayuda a amortiguar el Sistema Solar de los vientos interestelares. Tyson describe el papel de Carl Sagan en el programa Voyager, incluyendo la creación del Voyager Golden Record para encapsular a la humanidad y la posición de la Tierra en el universo 10 000 años en el futuro. Convencer a los directores del programa de que el Voyager I tomara una fotografía de la Tierra más allá de la órbita de Neptune. Imagen del Punto Azul Pálido. Tyson concluye la serie enfatizando el mensaje de Sagan sobre la condición humana en la inmensidad del cosmos y animando a los espectadores a continuar explorando y descubriendo qué más el universo tiene para ofrecer.

La serie concluye con la "Nave de la Imaginación" vacía, abandonando la Tierra y viajando por el espacio como Tyson mira desde el planeta Tierra.