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."
Visa aplinkui esanti materija yra sudaryta iš mikroskopinių dalelių vadinamų molekulėmis. O molekulės yra sudarytos iš atskirų atomų. Molekulės dažnai skyla ir taip susidaro naujos molekulės. Kita vertus, visi atomai, su kuriais tenka susidurti kasdieniniame gyvenime, esantys žemėje po mūsų kojomis, ore, kuriuo kvėpuojame, maiste, kurį valgome, visi gyvi organizmai, tarp jų ir tu, egzistuoja jau bilijonus metų ir susidarė ne mūsų žemėje. Noriu su jumis pasidalinti, iš kur ir kaip atsirado atomai. Viskas prasidėjo prieš 14 bilijonų metų, kai įvyko Didysis sprogimas, jo metu atsirado vien iš dujų sudaryta visata. Nebuvo nei žvaigždžių, nei planetų. Dujos buvo sudarytos tik iš atomų, priklausančių elementariosioms dalelėms. Apie 75 proc. atomų sudarė vandenilis, o beveik visi likę buvo helis. Neegzistavo tokie elementai kaip anglis, deguonis ar azotas. Nebuvo geležies, sidabro ir aukso. Kai kuriose vietose dujos buvo tankesnės. Dėl gravitacijos šios vietos ėmė traukti dar daugiau dujų, taip stiprindamos gravitacijos jėgą ir pritraukdamos dar daugiau dujų, ir taip toliau. Galų gale susiformavo didžiuliai dujų debesys, kurie dėl gravitacijos ėmė trauktis ir dėl to jų vidus ėmė kaisti. Tam tikrame taške debesies centras įkaista iki tokio lygio, kad branduoliai susilieja. Vandenilio atomai susiduria tarpusavyje ir susidaro helis, kartu išsiskiria milžiniškas energijos kiekis, pakankamai stiprus, kad pasipriešintų gravitacijai. Kai susijungimo metu išsiskyrusi energija sutampa su gravitacijos į vidų stumiamų dujų jėga, atsiranda pusiausvyra. Taip gimsta žvaigždė. Per visą žvaigždės gyvavimą jos centre vyksta cheminės reakcijos, kurių dėka susidarys ne tik helis, bet ir anglis, deguonis, azotas ir visi kiti periodinės lentelės elementai iki pat geležies. Galiausiai centre esanti energija baigiasi ir žvaigždė ima irti. Tai sukelia neįtikėtinai didelį sprogimą, vadinamą supernova. Kalbant apie supernovos sukurtus elementus, dėmesį reikia atkreipti į du dalykus. Visų pirma šis sprogimas išskiria tiek daug energijos, kad sintezės metu susidariusių elementų atomai yra sunkesni net už geležį, t. y. sidabras, auksas ir uranas. Antra, visi žvaigždės centre susikaupę elementai, tokie kaip anglis, deguonis, azotas, geležis, taip pat kaip ir tie, kurie susiformavo supernovos sprogimo metu, yra išskiriami į tarpžvaigždinę erdvę, kur susimaišo su ten esančiomis dujomis. Tuomet istorija kartojasi. Dujų debesys, dabar jau turintys daug kitų elementų be vandenilio ir helio, turi tankesnį paviršių, kuris sutraukia dar daugiau materijos ir taip toliau. Kaip ir prieš tai, atsiranda naujos žvaigždės. Tokiu būdu prieš 5 bilijonus metų gimė mūsų saulė. Tai reiškia, kad dujos, iš kurių ji susidarė, buvo perpildytos skirtingais elementais, atsiradusiais supernovų sprogimo metu visatos susikūrimo pradžioje. Tai štai iš kur atsirado saulėje esantys skirtingi elementai. Didžioji dalis yra vandenilis (71 proc.) beveik visi likę yra helis (27 proc.) Bet atkreipkite dėmesį, kad pirmosios žvaigždės buvo sudarytos vien iš vandenilio ir helio, o likę periodinės lentelės elementai saulėje sudaro apie 2 proc. O kaip dėl žemės? Planetos yra šalutinis žvaigždžių formavimosi procesas, ir susidaro iš to paties dujų debesies kaip ir žvaigždė. Mažos planetos, kaip ir mūsų žemė, neturi pakankamai gravitacijos, kad galėtų išlaikyti daug vandenilio ir helio, nes pastarieji yra labai lengvi. Taigi nors anglis, azotas, deguonis ir kt. sudaro tik 2 proc. dujų debesies, iš kurio susiformavo žemė, sunkesnieji elementai sudaro didžiąją dalį mūsų žemės bei visa, kas yra ant jos. Pagalvokite apie tai: išskyrus vandenilį ir dalį helio, žemė, ant kurios vaikštome, oras, kuriuo kvėpuojame, tu, viskas yra sudaryta iš atomų, atsiradusių žvaigždėse. Kai mokslininkai pirmą kartą tai ištyrė, pirmoje XX a. pusėje, garsus to meto astronomas Harlow Shapley ištarė šiuo žodžius: