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."
Wszystkie otaczające cię obiekty materialne złożone są z submikroskopowych jednostek zwanych cząsteczkami. Cząsteczki są z kolei złożone z pojedynczych atomów. Cząsteczki często ulegają rozpadowi i formują nowe cząsteczki. Z drugiej strony praktycznie wszystkie atomy, z którymi masz kontakt w ciągu całego życia, te tworzące ziemię, po której stąpasz, powietrze, którym oddychasz, jedzenie, które jesz, które tworzą każde żywe stworzenie, łącznie z tobą, istnieją od miliardów lat i powstały w miejscu niepodobnym do naszej planety. Chciałbym wyjaśnić, skąd pochodzą te atomy. Wszystko zaczęło się 14 miliardów lat temu od wydarzenia zwanego Wielkim Wybuchem, w którym powstał wszechświat zawierający wyłącznie gaz. Nie było wtedy gwiazd i planet. Ten gaz złożony był wyłącznie z atomów najprostszych pierwiastków. W 75 procentach był to wodór, zaś prawie całą resztę stanowił hel. Nie istniały pierwiastki takie jak węgiel, tlen czy azot. Nie było żelaza, srebra ani złota. W niektórych miejscach gęstość tego gazu była niewiele wyższa niż w innych. Wskutek działania grawitacji miejsca te przyciągały jeszcze więcej gazu, co zwiększało siłę grawitacji, co przyciągało jeszcze więcej gazu, i tak dalej. Z czasem formowały się wielkie i gęste kule gazowe, które zmniejszały się pod wpływem własnej grawitacji, skutkiem czego podgrzewały się w środku. W pewnym momencie jądro takiej kuli staje się wystarczająco gorące, by zaszła w nim fuzja nuklearna. Atomy wodoru zderzają się ze sobą formując hel, uwalniając przy tym olbrzymie ilości energii wystarczające do przeciwstawienia się skurczającej sile grawitacji. Gdy energia powstająca w reakcjach fuzji odpowiada energii grawitacji przyciągającej gaz powstaje punkt równowagi. W ten sposób rodzi się gwiazda. W trakcie jej istnienia reakcje fuzji zachodzące w jądrze masywnej gwiazdy produkują nie tylko hel, lecz również węgiel, tlen, azot i wszystkie inne pierwiastki układu okresowego, aż do żelaza. Jednak ostatecznie jądro zużywa całe paliwo, skutkiem czego całkowicie się zapada. Wynikiem tego jest niewiarygodnie potężny wybuch, który nazywamy supernową. Następują wtedy dwa ciekawe procesy. Po pierwsze, eksplozja uwalnia tak dużo energii, że fuzja szaleje, tworząc pierwiastki z atomami cięższymi niż żelazo, takie jak srebro, złoto czy uran. Po drugie, wszystkie pierwiastki nagromadzone w jądrze gwiazdy, takie jak węgiel, tlen, azot, żelazo, jak i te powstałe w wybuchu supernowej, są wyrzucane w przestrzeń międzygwiezdną, gdzie mieszają się z obecnym tam gazem. Tak wszystko zaczyna się od nowa. Chmury gazów, zawierające nowe pierwiastki, poza wyjściowymi wodorem i helem, mają obszary o większej gęstości, które przyciągają więcej materii, i tak dalej. Tak jak wcześniej, powstaje nowa gwiazda. Nasze Słońce zrodziło się około 5 miliardów lat temu. To oznacza, że gaz, z którego powstało był wzbogacony przez wiele pierwiastków z wybuchów supernowych od początku wszechświata. W ten sposób Słońce zyskało te pierwiastki. To i tak wciąż 71 procent wodoru i reszta w postaci helu stanowiącego 27 procent. Pamiętaj jednak, że gdy powstały pierwsze gwiazdy z samego wodoru i helu, pozostałe pierwiastki układu okresowego stanowiły 2 procent Słońca. Co z Ziemią? Planety powstają jako produkt uboczny formowania gwiazd z tych samych chmur gazu co gwiazda. Małe planety, jak Ziemia, mają za słabą grawitację, by utrzymać dużo gazów wodoru lub helu, które są bardzo lekkie. Mimo tego, że węgiel, azot, tlen i inne stanowią tylko 2 procent chmury gazu, z której powstała Ziemia, te ciężkie pierwiastki tworzą większość naszej planety i wszystko na niej. Pomyśl o tym: z wyjątkiem wodoru i niewielkiej ilości helu ziemia, po której chodzisz, powietrze, którym oddychasz, nasze ciała, wszystko zbudowane jest z atomów powstałych we wnętrzu gwiazd. Gdy naukowcy odkryli to po raz pierwszy w pierwszej połowie XX wieku, słynny astronom Harlow Shapley skomentował to tak: "Jesteśmy braćmi głazów, kuzynami chmur."