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."
Etrafınızdaki tüm maddesel nesneler molekül adını verdiğimiz mikroskobik birimlerden oluşmuştur. Molekülleri oluşturan birimler ise atomlardır. Moleküller sıklıkla dağılıp yeni moleküller oluştururlar. Öte yandan, yaşamınız boyunca karşılaştığınız neredeyse tüm atomlar, bastığınız topraktakiler, soluduğunuz havadakiler, yemeğinizdekiler, siz dahil yaşayan her canlıyı oluşturanlar milyarlarca yıldır varolagelmiştir. Bu atomlar gezegenimize hiç benzemeyen yerlerde yaratılmışlardır. Sizinle, bu atomların nasıl oluştuğunu paylaşmak istiyorum. Her şey 14 milyar yıl önce, Büyük Patlama dediğimiz bir olayla başladı. Sadece gazdan oluşan bir evren ortaya çıktı. Ne yıldız vardı, ne de gezegen. Gazı oluşturanlar sadece en basit elementlerin atomlarıydı. Yaklaşık %75'i hidrojen, geri kalanı da helyumdu. Karbon, oksijen ya da azot gibi elementler yoktu. Demir, gümüş ya da altın da yoktu. Bazı bölgelerde bu gazın yoğunluğu azıcık daha yüksekti. Kütleçekim nedeniyle, bu bölgeler daha fazla gaz çekti, böylece kütleçekimleri daha da arttı. Daha fazla gaz çektiler ve böylece sürüp gitti. Sonuç olarak, büyük ve yoğun gaz topları biçimlendi. Kendi kütleçekimleri nedeniyle büzüşüp, içten içe ısındılar. Bir noktada, böyle bir topun sıcaklığı nükleer füzyon için yeterli duruma geldi. Hidrojen atomları sıkışarak helyum oluştururken, büyük bir enerji salınımı olmaktaydı. Gücü, kütleçekimin büzüştürmesine karşı koymaya yetiyordu. Füzyon tepkimelerinden salınan itici enerji, kütleçekimin gazları çeken enerjisine eşitlendiğinde bir denge oluşmaktaydı. Böylece bir yıldız doğdu. Yaşamı süresince, ağır bir yıldızın merkezindeki füzyon tepkimeleri helyumun yanı sıra, karbon, oksijen, nitrojen ve periyodik tablodaki demire kadar olan tüm diğer elementleri de üretir. Fakat en sonunda, merkezdeki yakıt biter ve yıldız tamamen çöker. Bu durum, süpernova denilen, inanılmaz derecede güçlü bir patlamaya neden olur. Süpernovaların nasıl element ürettiklerine dair iki önemli nokta var. Birincisi, bu patlama öylesine çok enerji salar ki, füzyon rahatlıkla gümüş, altın ya da uranyum gibi demirden de ağır elementlerin atomlarını oluşturur. İkincisi, yıldızın merkezinde birikmiş olan karbon, oksijen, azot, demir gibi tüm elementler de, süpernova patlaması esnasında yaratılanlarla beraber uzaya saçılıp gider ve orada zaten var olan gaza karışır. Sonra tarih tekerrür eder. Gaz bulutları artık, kendi hidrojen ve helyumlarından başka pek çok element daha içerdiklerinden, nispeten yüksek yoğunluklu alanları olur, buralar daha çok madde çeker ve sürece girilir. Yine, yeni yıldızlar oluşur. Güneşimiz yaklaşık 5 milyar yıl önce böyle doğmuştur. Yani onu doğuran gazın kendisi, evrenin başlangıcından beri gerçekleşen süpernova patlaması kaynaklı pek çok elemente sahipti. Onun için güneş bütün o elementlerle doludur. Yine de %71'lik hidrojen çoğunlukta olup, geri kalanın çoğu da %27'lik helyumdur. Fakat unutmayın, ilk yıldızlar sadece hidrojen ve helyumdan oluşurken, güneşin %2'sini periyodik tablodaki diğer elementler oluşturuyor. Peki ya Dünya? Gezegen oluşumu, yıldız oluşumuna bağlı bir süreç olup, yıldızın kendi gaz bulutundan ortaya çıkar. Bizimki gibi küçük gezegenlerin fazla hidrojen ve helyum tutmaya yetecek kütleçekimi olmaz, çünkü ikisi de çok hafiftir. Dolayısıyla, karbon, azot, oksijen ve diğerleri her ne kadar Dünya'yı doğuran gaz bulutunun %2'si olsa da, bu ağır elementler gezegenimizin malzemesini biçimlendirmiştir. Bunu bir düşünelim: Hidrojen ve biraz helyum dışında, yürüdüğünüz zemin, soluduğunuz hava, kendiniz, bütün her şey, yıldızların içinde yaratılmış atomlardan oluşmakta! Bilimcilerin bu konuya ilk eğildiği 20.yüzyılın ilk yarısında, ünlü astronom Harlow Shapley şöyle demişti: "Biz kayaların kardeşi, bulutların kuzeniyiz."