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."
Усі предмети матеріального світу навколо вас складаються з ультрамікроскопічних часток, що їх ми називаємо молекулами. Молекули, у свою чергу, складаються з окремих атомів. Молекули часто розпадаються та формують нові молекули. З іншого боку, майже всі атоми, з якими ви контактуєте протягом вашого життя, тобто атоми в ґрунті під вашими ногами, в повітрі, яке ви вдихаєте, в їжі, яку ви споживаєте, атоми, з яких формуються всі живі істоти, у тому числі ви, існують вже протягом мільярдів років та утворилися у місцях, абсолютно не схожих на нашу планету. Як саме утворилися такі атоми, я й хочу вам розповісти. Усе розпочалося 14 мільярдів років тому з події, яку ми називаємо Великим вибухом. Результатом цієї події стало утворення всесвіту, що складався виключно з газу. Не існувало ні зірок, ні планет. До складу цього газу входили лише атоми найпростіших елементів. Близько 75 відсотків газу складав водень, а решту - гелій. Не існувало ні вуглецю, ні кисню, ні азоту. Так само не було ні заліза, ні срібла, ні золота. У деяких місцях щільність газу була дещо вищою, ніж в інших. Внаслідок сили тяжіння такі місця притягували ще більше газу, що призводило до ще більшої сили тяжіння, яка, у свою чергу, притягувала ще більше газу, і т.д. З часом утворилися великі щільні газові кулі, що стискалися під дією власної сили тяжіння та через це нагрівалися зсередини. У певний момент ядро такої кулі нагрівалося настільки, що відбувався процес термоядерного синтезу. Атоми водню зіштовхувалися та формували гелій, і цей процес супроводжувався значним виділенням енергії, якої було достатньо для того, щоб протидіяти стискаючій силі сили тяжіння. Коли енергія, що вивільнюється в результаті термоядерного синтезу, дорівнює силі тяжіння, яка притягує газ всередину, досягається стан рівноваги. У результаті цього народжується зірка. За час її існування в ході реакцій термоядерного синтезу, що відбуваються в ядрі зірки, буде утворено не лише гелій, а й вуглець, кисень та азот, а також всі інші елементи періодичної таблиці до заліза. Але з часом реакції в ядрі припиняються, що призводить до його повного розпаду. Це викликає неймовірно сильний вибух, який ми називаємо наднова. Варто зазначити дві речі стосовно того, як наднові створюють елементи. По-перше, цей вибух вивільнює таку кількість енергії, що синтез протікає дуже бурхливо та утворює елементи, атоми яких ще тяжчі за залізо, як-от срібло, золото та уран. По-друге, усі елементи, які накопичувалися в ядрі зірки, тобто вуглець, азот, залізо, а також ті елементи, утворені в результаті вибуху наднової, виштовхуються до міжзоряного простору, де вони змішуються з газом, який вже міститься там. Історія повторюється. Газові хмари, які тепер містять багато елементів, окрім початкових водню та гелію, мають області високої щільності, які притягують більшу кількість речовини, і т.д. Як і раніше, результатом цього є утворення нової зірки. Наше сонце утворилося саме таким чином близько 5 мільярдів років тому. Це означає, що газ, з якого воно утворилося, насичився багатьма елементами, отриманими в результаті вибухів наднових від початку утворення всесвіту. Ось чому сонце містить всі ці елементи. Передусім до його складу входить водень (71 відсоток), а решту майже повністю складає гелій (27 відсотків). Але майте на увазі, що якщо перші зірки містили виключно водень та гелій, до складу сонця входять також інші елементи періодичної таблиці (2 відсотки). А як щодо Землі? Формування планет - побічний процес, який відбувається під час утворення зір. Планети формуються з тієї ж газової хмари, що і зірка. Невеликі планети, як наша, не мають достатньої сили тяжіння для утримання значної частини газу водню або гелію, оскільки обидва елементи дуже легкі. Тому, попри те, що вуглець, азот, кисень та інші елементи складають лише 2 відсотки газової хмари, з якої утворилася Земля, ці важчі елементи є основою нашої планети та всього на ній. Подумайте: за винятком водню та деякої частини гелію, земля, на якій ви ходите, повітря, яким ви дихаєте, усе складається з атомів, які утворилися всередині зірок. Коли вчені вперше усвідомили це у першій половині 20 століття, відомий астроном Гарлов Шеплі сказав: "Ми - каміння брати та кузени хмар".