كل الأشياء المادية التي حولك تتكون من وحدات غير مرئية بالمجهر نطلق عليها "الجزيئات". والجزيئات تتكون من ذرات فردية. كثيرًا ما تتفكك الجزيئات وتكون جزيئات جديدة. من جهة أخرى، فعلياً، كل الذرات التي تتلامس معها خلال فترة حياتك، تلك التي في الأرض تحتك، في الهواء الذي تتنفسه، في الطعام الذي تأكله، تلك الأشياء التي تجعل كل شيء حي، بما فيهم أنت، وجدت منذ ملايير السنين وتكونت في أماكن تختلف كثيراً عن كوكبنا. كيف أتت هذه الذرات؟ هذا ما أود أن أتشاركه معك. لقد بدأ كل شيء منذ 14 مليار سنة في حدث نُطلق عليه "الانفجار الكبير"، والذي أسفر عن "كون" يتكون فقط من الغاز. لم يكن هناك نجوم، أو كواكب. الغاز كان مكون فقط من ذرات تنتمي لأبسط العناصر، كان حوالي 75% من الهيدروجين والباقي تقريباً من الهيليوم. لم تكن عناصر مثل الكربون، أو الأكسجين أو النيتروجين موجودة. لا حديد، أو فضة، أو ذهب. في بعض المناطق، كثافة هذا الغاز كانت أكبر من مناطق أخرى. بفعل الجاذبية، هذه المناطق جذبت المزيد من الغاز، والذي أدى لزيادة قوة الجاذبية، ومن ثم سحبت المزيد من الغاز، وهكذا. في آخر الأمر، تكوَّنت كُرات غازية عالية الكثافة، مُنكمشة بفعل قوة جاذبيتها والحرارة التي بداخلها. عند نقطة ما، كان قلب الكرة أصبح ساخناً بالقدر الكافي لحدوث الاندماج النووي. ذرات الهيدروجين تتصادم معاً لتكون "الهيليوم"، يُصاحب ذلك أنطلاق كم هائل من الطاقة، قوياً بقدر كاف لمواجهة قوة انكماش الجاذبية. عند خروج الطاقة نتيجة التفاعلات الإندماجية مقابل سحب الجاذبية لكل الغاز إلى الداخل، يحدث التوازن. من هذا يُولد نجم. على مدار حياته، التفاعلات الإندماجية في قلب نجم كبير سوف تُنتج ليس فقط الهيليوم، لكن أيضاً الكربون، والأكسجين، والنيتروجين وكل العناصر الأخرى في الجدول الدوري حتى الحديد. لكن في النهاية، ينفذ الوقود في قلب النجم، تاركاً إياه لينهار بالكامل. ذلك يسبب انفجار قوي بشكل لا يُصدَّق نطلق عليه "سوبرنوفا" (المُستعر الأعظم) الآن، هناك شيئان لكي ننتبه لهما عن كيف يكوِّن السوبرنوفا العناصر. أولاً، هذا الانفجار يُطلق الكثير من الطاقة تجعل الاندماج جامحا ليكوِّن حتى تلك العناصر ذات الذرات الأثقل من الحديد مثل الفضة، والذهب، واليورانيوم. ثانياً: كل تلك العناصر التي تراكمت في قلب النحم، مثل الكربون، والأكسجين، والنيتروجين، والحديد، فضلاً عن كل تلك التي تكوَّنت في انفجار السوبرنوفا تُقذف في الفضاء النجمي حيث تختلط بالغاز الذي هناك مسبقاً. التاريخ إذن يُعيد نفسه. سحب الغاز، تحتوي الآن على العديد من العناصر بالإضافة للهدروجين والهيليوم الأساسي، مكوِّنة مناطق عالية الكثافة التي تجذب المزيد من المواد، وهكذا. كما من قبل، نجوم جديد قد تكونت. شمسنا قد وُلدت بنفس الطريقة منذ 5 مليارات سنة. هذا يعني أن الغاز الذي نشأ منها كان في حد ذاته مختلطا مع العديد من العناصر التي نتجت من انفجارات السوبرنوفا منذ بداية الكون. هذه إذن الطريقة التي تتعامل بها الشمس مع كل العناصر لا يزال معظمها من الهيدروجين بنسبة 71%، مع الباقي الذي يكون تقريباً من الهيليوم بنسبة 27%. ولكن لنأخذ في الاعتبار أنه في حين كانت النجوم الأولى تتكون من الهيدروجين والهيليوم فقط، فإن العناصر المتبقة في الجدول الدوري تكوِّن 2% من الشمس. وماذا عن الأرض؟ تتكون الكواكب نتيجة عمليات تصادفية لتشكيل النجم من نفس السحابة الغازية التي للنجم نفسه. الكواكب الصغيرة مثل كوكبنا لا تمتلك الجاذبية الكافية لتحتفظ بالكثير من الهديروجين أو غاز الهيليوم بما أن كلاهما خفيف جداً. لذلك، على الرغم من أن الكربون، والنيتروجين، والأكسجين، وهلم جرا تكون فقط 2% من السحابة الغازية التي تكونت الأرض منها، إلا أن هذه العناصر الأثقل تكوِّن الجزء الأكبر من كوكبنا وكل شيء عليه. فكر في هذا: باستثناء الهيدروجين وبعض الهيليوم، الأرض التي تمشي عليها، الهواء الذي تتنفسه، كل شيء هو مصنوع من ذرات تكونت داخل النجوم. عندما علم العلماء في البداية ذلك خلال النصف الأول من القرن العشرين، علَّق الفلكي الشهير "هارلو شابلي"، "نحن إخوة الصخور، وأبناء عمومة السُحُب".
All the material objects around you are composed of submicroscopic units we call molecules. And molecules in turn are composed of individual atoms. Molecules frequently break apart and then form new molecules. On the other hand, virtually all the atoms you come in to contact with through the course of your life, the ones in the ground beneath you, the air you breath, the food you eat, those that make up every living thing, including you, have existed for billions of years and were created in places very unlike our planet. How those atoms came about is what I want to share with you. It all started 14 billion years ago with an event we call The Big Bang, which resulted in a universe consisting of gas alone. There were no stars and no planets. The gas was made up only of atoms belonging to the simplest elements. It was about 75 percent hydrogen and almost all the rest was helium. No elements like carbon, oxygen or nitrogen existed. No iron, silver or gold. In some places, the density of this gas was slightly higher than in others. Due to gravity, those places attracted even more gas, which further strengthened the pull of gravity, which then drew more gas in, and so on. Eventually, large dense gas balls formed, shrinking under their own gravity and consequently heating up on the inside. At some point, the core of such a ball gets hot enough that nuclear fusion occurs. Hydrogen atoms smash together to form helium, accompanied by a great release of energy, strong enough to counteract the shrinking force of the gravity. When the energy pushing out from the fusion reactions matches the gravity pulling all the gas inwards, an equilibrium occurs. From this a star is born. Over its lifetime, the fusion reactions in the core of a massive star will produce not only helium, but also carbon, oxygen, nitrogen and all the other elements in the periodic table up to iron. But eventually, the core's fuel runs out, leaving it to collapse completely. That causes an unbelievably powerful explosion we call a supernova. Now there are two things to note about how supernovas create elements. First, this explosion releases so much energy that fusion goes wild forming elements with atoms even heavier than iron like silver, gold and uranium. Second, all the elements that had been accumulating in the core of the star, like carbon, oxygen, nitrogen, iron, as well as all of those formed in the supernova explosion, are ejected in to interstellar space where they mix with the gas that's already there. History then repeats itself. Gas clouds, now containing many elements besides the original hydrogen and helium, have higher density areas that attract more matter, and so on. As before, new stars result. Our sun was born this way about 5 billion years ago. That means that the gas it arose from had itself been enriched with many elements from supernova explosions since the universe began. So that's how the sun wound up with all the elements. It's still mostly hydrogen at 71 percent, with most of the rest being helium at 27 percent. But bear in mind that while the first stars were made up of hydrogen and helium alone, the remaining elements in the periodic table make up two percent of the sun. And what about Earth? Planets form as an incidental process to star formation out of the same gas cloud as the star itself. Small planets like ours don't have enough gravity to hold on to much hydrogen or helium gas since both of those are very light. So, even though carbon, nitrogen, oxygen and so on made up only two percent of the gas cloud from which Earth was formed, these heavier elements form the bulk of our planet and everything on it. Think about this: with the exception of hydrogen and some helium, the ground you walk on, the air you breath, you, everything is made of atoms that were created inside stars. When scientists first worked this out over the first half of the 20th Century, the famous astronomer Harlow Shapley commented, "We are brothers of the boulders, cousins of the clouds."