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."
Tutti gli oggetti materiali intorno a voi sono fatti di unità sub-microscopiche che chiamiamo molecole. E le molecole a loro volta sono composte da singoli atomi. Le molecole spesso si rompono per formare nuove molecole. D'altra parte, praticamente tutti gli atomi con cui venite a contatto nel corso della vostra vita, quelli del suolo sotto di voi, l'aria che respirate, il cibo che mangiate, quelli che formano ogni cosa vivente, compresi voi, esistono da miliardi di anni e sono stati creati in posti molto diversi dal nostro pianeta. Come si sono formati quegli atomi è quello che voglio condividere con voi. Tutto è incominciato 14 miliardi di anni fa con l'evento che chiamiamo il Big Bang, che ha creato un universo formato di solo gas. Non c'erano stelle né pianeti. Il gas era costituito solo da atomi appartenenti agli elementi più semplici. Era circa per il 75 per cento idrogeno e quasi tutto il resto era elio. Non esistevano elementi come il carbonio, l'ossigeno o l'azoto. Non c'era ferro, argento o oro. In qualche punto la densità di questo gas era leggermente più alta che altrove. Grazie alla gravità, questi punti attrassero ancora più gas, che fece aumentare l'attrazione della gravità, che poi a sua volta fece arrivare altro gas, e così via. Alla fine si formarono delle bolle di gas grandi e dense che diminuivano di volume a causa della propria gravità e di conseguenza si riscaldavano all'interno. Ad un certo punto il nucleo di una bolla come questa diventa abbastanza caldo da innescare la fusione nucleare. Gli atomi di idrogeno collidono e si fondono tra di loro, formando l'elio, accompagnati da un grande rilascio di energia, forte abbastanza da neutralizzare la forza di contrazione della gravità. Quando l'energia creatasi dalle reazioni di fusione che spinge verso l'esterno corrisponde alla gravità che attira la massa di gas all'interno, si ottiene l'equilibrio. Da questo nasce una stella. Nel corso della sua esistenza, le reazioni di fusione nel nucleo di una stella massiccia produrranno non solo elio ma anche carbonio, ossigeno, azoto e tutti gli altri elementi della tavola periodica fino al ferro. Ma alla fine il carburante del nucleo si esaurisce, lasciando che questo collassi completamente. Questo provoca un'esplosione di una potenza incredibile che chiamiamo supernova. Ci sono due cose da notare su come le supernove creino gli elementi. La prima è che questa esplosione rilascia talmente tanta energia che la fusione va fuori controllo, formando elementi con atomi persino più pesanti del ferro, come l'argento, l'oro e l'uranio. La seconda è che tutti gli elementi che si sono accumulati nel nucleo della stella, come il carbonio, l'ossigeno, l'azoto, il ferro, oltre a quelli formatisi nell'esplosione della supernova, vengono espulsi nello spazio interstellare dove si mischiano con il gas già presente. Poi la storia si ripete. Nuvole di gas che ora contengono molti elementi oltre agli originali idrogeno ed elio, hanno aree di densità maggiori che attraggono più materia, e così via. Come prima, nascono nuove stelle. Il nostro Sole è nato così, circa 5 miliardi di anni fa. Questo significa che il gas da cui si è formato era stato a sua volta arricchito con molti elementi provenienti da esplosioni di supernove accadute fin dall'inizio dell'universo. Quindi è così che il Sole si è caricato di tutti gli elementi. È ancora in prevalenza composto di idrogeno, al 71 per cento, ed il resto è quasi interamente elio per il 27 per cento. Ma tenete presente che mentre le prime stelle erano fatte di soli idrogeno ed elio, gli altri elementi della tavola periodica rappresentano il 2 per cento del Sole. E la Terra? I pianeti si formano in un processo secondario della formazione delle stelle, dalla stessa nuvola di gas della stella. I pianeti piccoli come il nostro non hanno gravità sufficiente per trattenere grosse quantità di gas di idrogeno e di elio, perché entrambi sono molto leggeri. Quindi anche se il carbonio, l'azoto, l'ossigeno e così via costituivano solo il 2 per cento della nuvola di gas da cui si è formata la Terra, questi elementi più pesanti formano la maggior parte del nostro pianeta e tutto quello che c'è sopra. Pensate a questo: ad eccezione dell'idrogeno e di un po' di elio, il terreno su cui camminate, l'aria che respirate, voi, tutto è fatto di atomi creati dentro le stelle. La prima volta che gli scienziati si resero conto di questo verso la prima metà del XX secolo, il famoso astronomo Harlow Shapley commentò, "Siamo fratelli delle rocce, cugini delle nuvole".