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."
A körötted lévő anyagi tárgyak nagy része azokból a szubmikroszkopikus egységekből áll, amelyeket molekuláknak hívunk. A molekulák maguk összetettek, és különféle atomokból állnak. A molekulák gyakran elbomlanak, és más molekulák jönnek létre. Ezzel szemben gyakorlatilag az összes atom, amellyel találkozni fogsz életed során -- mindazt, ami a földben van alattad, a levegőben, amit beszívsz, az ételben, amit megeszel, azokat, amelyek az élőlényeket alkotják, téged is beleértve -- már évmilliárdok óta létezik, és egészen másféle helyen keletkezett, mint ez a bolygó. Lássuk hát, hogyan is jöttek létre ezek az atomok. Az egész 14 milliárd éve kezdődött el, azzal az eseménnyel, amelyet ősrobbanásnak hívunk; ez egy olyan univerzumot hozott létre, amely csak gázból állt. Sem csillagok, sem bolygók nem voltak még. A gázt alkotó atomok a legegyszerűbb elemek atomjai voltak. Az atomok 75%-a hidrogén volt, s a maradék 25% csaknem kizárólag hélium. Nem léteztek még olyan elemek, mint a szén, az oxigén és a nitrogén. Vas, ezüst és arany sem volt még. Voltak olyan helyek, ahol a gáz kissé sűrűbb volt, mint másutt. A gravitációnak köszönhetően ezek a helyek még több gázt vonzottak oda, ami tovább erősítette a gravitációs vonzást, ami még több gázt vonzott oda, és így tovább. Végül nagy és sűrű gázgömbök jöttek létre; ezek folyamatosan zsugorodtak a saját gravitációjuk miatt, amitől felmelegedett a belsejük. Egy ponton túl az ilyen gömbök magja annyira felforrósodott, hogy beindult a magfúzió. Az egymásnak csapódó hidrogénből hélium keletkezett, amitől annyi energia szabadult fel, hogy ellenállt a gravitáció zsugorító hatásának. Ha a fúziós reakciókból származó energia tágító hatása egyenlő a gravitáció hatásával, mely befelé húzza a gázt, egyensúly alakul ki, és megszületik egy csillag. Élete során, a nagy tömegű csillag magjában zajló fúzió nemcsak héliumot hoz létre, hanem szenet, oxigént és nitrogént is, sőt, a periódusos rendszer többi elemét is, egészen a vasig. Ám végül a mag üzemanyaga elfogy, és a csillag teljesen összeomlik. Ez hihetetlenül nagy robbanáshoz vezet, amit szupernóvának hívunk. Két dolgot érdemes kiemelni a szupernóvák elemteremtésével kapcsolatban. Először is, a robbanás akkora energiát szabadít fel, hogy a zabolátlan fúzióban a vasnál nehezebb elemek is megszületnek, amilyen az ezüst, az arany vagy az urán. Másodszor, az összes elem, amely addig felhalmozódott a csillag magjában, mint a szén, az oxigén, a nitrogén és a vas, továbbá azok, amelyek a szupernóvarobbanásban keletkeztek, kilökődnek a csillagközi térbe, ahol összekeverednek az ott lévő gázzal. Aztán a történet megismétlődik. A gázfelhőkben -- amelyek már sok más elemet is tartalmaznak az eredeti hidrogénen és héliumon kívül -- vannak olyan nagy sűrűségű területek, amelyek még több anyagot vonzanak oda, és így tovább. És ahogy korábban, új csillag születik. A mi napunk is így született, úgy 5 milliárd évvel ezelőtt. Ez azt jelenti, hogy abban a gázban, amelyből kialakult, már sok olyan elem összegyűlt, amely a korábbi szupernóvarobbanások során keletkezett az univerzumban. Ezért van az, hogy a napban mindenféle elem megtalálható. De még így is 71%-ban hidrogén alkotja, míg a maradék nagy része, azaz 27%, hélium. Ne feledd azonban, hogy míg az első csillagokban csak hidrogén és hélium volt, a periódusos rendszer többi eleme kerek 2%-át alkotja a napnak. És mi a helyzet a Földdel? A bolygók a csillag kialakulásával párhuzamosan jönnek létre ugyanabból a gázból, amelyből maga a csillag is. A kisebb bolygók gravitációja -- ilyen a Föld is -- nem elég erős, hogy túl sok hidrogént és héliumot fogva tartson, mivel mindkét gáz nagyon könnyű. Így aztán, noha a szén, nitrogén, oxigén stb. csak 2%-át adja a gázfelhőnek, amelyből a Föld összeállt, ezek a nehezebb elemek alkotják a bolygónk belsejét és mindent, amit rajta találunk. Gondolj bele! A hidrogén és némi hélium kivételével a föld, amelyen jársz, a levegő, amit belélegzel, te magad és minden egyéb olyan atomokból áll, amelyek csillagok belsejében keletkeztek. Amikor a tudósok összerakták mindezt a 20. század első felében, Harlow Shapley, egy híres csillagász, ezt mondta: "Fivérei vagyunk a földnek, s kuzinjai a ködnek."