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."
สสารทั้งหมดรอบตัวคุณ ประกอบขึ้นมาจากหน่วยเล็กจิ๋ว ที่เรียกว่าโมเลกุล และโมเลกุลเองก็ประกอบ ขึ้นจากอะตอม โมเลกุลแยกสลายอยู่เรื่อย ๆ แล้วก็ก่อตัวเป็นโมเลกุลใหม่ ในทางตรงกันข้าม อะตอมแทบทุกตัว ที่คุณเคยสัมผัส ตลอดช่วงชีวิตของคุณ อะตอมที่อยู่ในพื้นดิน ใต้เท้าคุณ ในอากาศที่คุณสูดหายใจ ในอาหารที่คุณกิน อะตอมที่รวมกันเป็นสิ่งมีชีวิต ทุกชีวิต รวมถึงคุณด้วย ดำรงอยู่มาแล้วหลายพันล้านปี ถูกสร้างขึ้น ในสถานที่ที่ต่างไปจากโลกเรามาก อะตอมมีที่มาที่ไปอย่างไร? ผมจะเล่าให้คุณฟัง เรื่องเริ่มขึ้นเมื่อ 14 พันล้านปีก่อน ด้วยเหตุการณ์ที่เราเรียกว่า บิ๊กแบง ซึ่งทำให้เกิดจักรวาล ที่มีแต่แก๊สล้วน ๆ ยังไม่มีดาวฤกษ์ ยังไม่มีดาวเคราะห์ แก๊สที่มีก็เป็นแค่อะตอม ของธาตุที่เรียบง่ายที่สุด ประมาณ 75 เปอร์เซนต์เป็น ไฮโดรเจน และเกือบทั้งหมดที่เหลือเป็น ฮีเลียม ไม่มีธาตุพวก คาร์บอน ออกซิเจน หรือไนโตรเจน ไม่มีเหล็ก เงิน หรือทอง บางจุดมีแก๊สหนาแน่นกว่าจุดอื่นเล็กน้อย แรงดึงดูดจะยิ่งดูดให้จุดนั้น ๆ มีแก๊สสะสมมากขึ้น ซึ่งก็ยิ่งทำให้แรงดึงดูดมีมากขึ้นไปอีก แล้วดึงแก๊สมาเพิ่มอีก เช่นนี้ไปเรื่อย ๆ ท้ายที่สุด ก็เกิดลูกบอลแก๊สลูกใหญ่ขึ้น มันจะหดเล็กลงเพราะแรงดึงดูดของตัวเอง และส่งผลให้ภายในร้อนขึ้นด้วย ณ จุดนึง แกนลูกบอลนั้น ก็ร้อนพอ จนเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นขึ้น อะตอมไฮโดรเจนชนและรวมตัวกันเป็นฮีเลียม พร้อมทั้งปลดปล่อยพลังงานออกมา มากพอที่จะต้านการหดตัวเนื่องจากแรงดึงดูด เมื่อพลังงานที่ผลักออก จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ เท่ากันกับแรงที่ดึงดูดให้แก๊สหดตัวเข้า สมดุลก็เกิดขึ้น และดาวฤกษ์ก็ได้ถือกำเนิดขึ้น ในช่วงชีวิตของดวงดาว ปฏิกิริยาฟิวชั่นในแกนของดาวขนาดมหึมา ไม่ได้ผลิตแค่ฮีเลียม แต่ยังมีคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน และธาตุอื่น ๆ ในตารางธาตุทั้งหมด ไล่ไปจนถึงเหล็ก แต่ท้ายที่สุด เชื้อเพลิงภายในแกนจะหมดลง ทำให้ดาวทั้งดวงยุบตัว และก่อให้เกิดการระเบิดที่ทรงพลังอย่างน่าเหลือเชื่อ ที่เราเรียกว่า ซุปเปอร์โนวา ณ จุดนี้มีสองสิ่งที่ควรพูดถึง เกี่ยวกับการสร้างธาตุของซุปเปอร์โนวา อย่างแรก การระเบิดนั้นปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา มากจนการฟิวชั่นรุนแรงกว่าปกติ ทำให้เกิดธาตุที่มีอะตอมหนักกว่าเหล็ก อย่างเงิน ทอง และยูเรเนียมขึ้นมา อย่างที่สอง ธาตุทั้งหมดที่ถูกสะสม อยู่ในแกนของดาวฤกษ์ อย่างคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน เหล็ก รวมไปถึงธาตุที่เกิดจากการระเบิดซุเปอร์โนวา จะถูกพ่นกระจายไปในอวกาศ ไปผสมปะปนกับแก๊สที่มีอยู่เดิม ณ จุดต่าง ๆ แล้วประวัติศาสตร์ก็ซ้ำรอยตัวเอง กลุ่มเมฆแก๊สตอนนี้มีธาตุอยู่หลายชนิด นอกเหนือจากไฮโดรเจนและฮีเลียมดั้งเดิม เกิดบริเวณที่ความหนาแน่นสูงขึ้น ซึ่งจะดึงดูดสสารเข้ามาเพิ่มอีก เช่นนี้ไปเรื่อย ๆ เช่นเดิม ดาวฤกษ์ดวงใหม่ก็จะก่อตัวขึ้น ดวงอาทิตย์ของเราเกิดขึ้นแบบนี้ ประมาณ 5 พันล้านปีก่อน แปลว่าในแก๊สที่ก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์ ได้เก็บสะสมธาตุต่าง ๆ มากมาย จากการระเบิดซุปเปอร์โนวา ตั้งแต่จักรวาลถือกำเนิด นั่นคือที่มาว่าธาตุต่าง ๆ มารวมอยู่ในดวงอาทิตย์ได้อย่างไร แต่ส่วนใหญ่ยังคงเป็นไฮโดรเจน 71 เปอร์เซนต์ และที่เหลือเกือบทั้งหมดเป็นฮีเลียม 27 เปอร์เซนต์ แต่ขอให้จำไว้ว่า ในขณะที่ดาวฤกษ์แรกเริ้มมีแต่ ไฮโดรเจนและฮีเลียมล้วน ๆ แต่มีธาตุอื่น ๆ ในตารางธาตุ ถึงสองเปอร์เซนต์ในดวงอาทิตย์ แล้วโลกล่ะ? ดาวเคราะห์เกิดขึ้นเป็นผลพวงจากการก่อตัวของดาวฤกษ์ จากเมฆแก๊สกลุ่มเดียวกับที่ก่อเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์เล็ก ๆ อย่างโลก ไม่มีแรงดึงดูดพอ จะรั้งไฮโดรเจนหรือฮีเลียมไว้ได้มาก เพราะแก๊สทั้งสองเบามาก ดังนั้น ถึงแม้ว่าคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และธาตุอื่น ๆ จะมีอยู่แค่สองเปอร์เซนต์ ในกลุ่มเมฆแก๊สที่ก่อตัวเป็นโลก ธาตุหนักเหล่านี้ก็รวมตัวกันเป็นมวลหลักของโลก และทุกสิ่งบนโลก ลองคิดดู ยกเว้นไฮโดรเจนและฮีเลียมบางส่วน พื้นที่คุณเดิน อากาศที่คุณหายใจ ทุกสิ่งประกอบจากอะตอม ซึ่งถูกสร้างขึ้นในดวงดาว ตอนที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเรื่องนี้ เมื่อสมัยครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ฮาร์โลว์ แชปลี นักดาราศาสตร์ผู้โด่งดัง กล่าวไว้ว่า "เราเป็นพี่น้องกับก้อนหิน เป็นญาติกับก้อนเมฆ"