138亿年前，宇宙从大爆炸中诞生。
在宇宙诞生后的10秒内，炽热的宇宙中无法形成任何稳定的原子核。随着宇宙不断膨胀和冷却，质子与中子间的碰撞开始了最初的化学过程。后来，宇宙的结构越加复杂，新的事物不断涌现。原子通过不同的方式重新组合，让原本单调的宇宙变得丰富。
产生新元素的这个过程被称为核合成。一些形式的核合成，比如氢与氦的聚变，提供了能量，防止恒星坍缩，使恒星发光。有些元素通过绚烂的“宇宙烟火”被释放在各处，而有些一形成之后就被锁定在了恒星的核中。
在过去的一个世纪里，天文学家已经证明，宇宙的组成随着时间而变化，最早形成的一部分大爆炸元素，已经通过不同的过程变成了一张丰富多彩的元素周期表。而这种宇宙组成成分的转变，是复杂化学和生物学发生的先决条件。
如果说最初的世界是一片单调而沉闷的灰色，那么宇宙就像一个拿着画笔的孩子，一点一点为元素周期表涂上了鲜亮的颜色。
在宇宙诞生的最初时刻，大爆炸核合成发生。在大爆炸后的15分钟内，宇宙产生了第一批化学元素，它们是氢和氦，以及少量的锂。
大爆炸核合成发生在大量自由中子存在的情况下，当宇宙温度降到10亿K时，自由中子很容易与质子融合，形成氢和氦的同位素。质子、中子、氢和氦之间的副反应产生了少量的锂。但大爆炸核合成并没有继续进行到出现更重的元素，因为膨胀的宇宙正在迅速冷却，阻止了聚变进一步发生。
在大爆炸之后的最初时刻，宇宙发生了一系列不可想象的转变。温伯格甚至写了一本书，讲述的仅仅是宇宙最初的三分多钟的故事。但随后，宇宙事件发生的密度逐渐降低，它在我们人类甚至无法想象的时间尺度上，开始了漫长的演化。
第一颗恒星在大爆炸之后的几亿年形成。自此，恒星开始负责起了氦之后的元素的核合成。与大爆炸核合成不同，恒星核合成缓慢而稳定，持续了数十亿年之久。
在恒星的核内，极端的环境会引发了核聚变反应。氢聚变成氦，在这个过程中损失的质量直接转化为热能，从而促进更多核聚变反应，恒星就这样被“点燃”了。核内的氢变得越来越少，氦则越来越丰富，这个过程一直持续到核心的氢耗尽。质量大的恒星比质量小的恒星会更快地燃烧尽核中的氢，这也使得大质量恒星更明亮，但寿命更短。因此，第一代恒星中质量最大的首先耗尽了核中的氢。
但极端的内部高压和高温会继续促进核聚变。恒星核中带有两个质子的氦原子聚变成碳，这是一种至关重要的生命元素。碳又可以作为新的核能脉冲在恒星核周围的球层中触发氢的聚变。核中的碳聚变成氖，氖再聚变成氧，然后再形成镁、硅、硫等等。
渐渐地，恒星发展出了像洋葱一样的结构，一层又一层的球层都在发生着聚变。恒星内部需要一直保持着一种稳定的平衡，两种巨大的内力互相平衡：引力将质量拉向中心，核反应将质量从中心向外推。随着元素越来越重，这些反应发生得越来越快，因为每次反应释放的能量更少。为了继续支持恒星，反应速率必须提高，更快地消耗可用的燃料。
但这个聚变过程也不会一直持续下去，它所能达到的极限是铁。当高温把所有燃料都变成灰烬时，能量用尽，这个聚变游戏就结束了，而随之而来的结果则是灾难性的。当第一批恒星的生命周期走到这里时，元素周期表里的前26个元素大多数已经通过许多恒星内的核聚变被创造出来。
当核充满铁的时候，向外的推力不复存在，巨大的引力瞬间占据了上风。整颗恒星以极大的速度向内坍缩，然后反弹。至少在一些大质量恒星中，冲击波，加上其他物理效应，会导致它的大部分量向外爆炸喷发，我们观察到的就是一颗核坍缩的超新星。这些超新星抛射出了恒星一生中积累的核合成产物。例如，大多数的碳、氧和镁都是在核坍缩之前产生的，爆发只是将这些元素分散到太空中。
与此同时，由冲击波引起的极端温度和密度，会进一步驱动一些额外的核合成。特别是，核坍缩的超新星喷出的铁并不是来自核中，而是来自超新星时期硅壳层中物质的爆炸性燃烧。
第一代恒星的超新星向宇宙释放了第一批氦之后的元素（天文学家统称所有氦之后的元素为“金属”，那与我们一般认为的金属元素不同）。这些元素的存在明显改变了恒星的形成过程，使得寿命长达数十亿年的小质量恒星得以形成。其中一些第二代恒星可能延续至今，它们也成了难得的宇宙“化石”，而寻找这些恒星也是当前研究的热点之一。
超新星爆发还带来了另一个后果。当喷射的物质冲入周围的环境气体，产生额外的冲击，这会让一些粒子加速达到接近光速的速度，从而形成宇宙射线。
宇宙射线的能量足以分裂较重的原子核，通过裂变产生新的元素。这就是铍、硼以及一部分锂的主要来源。
核坍缩的超新星释放出了丰富的元素，但显然不是故事的全部，较重的元素还没有出现。
绝大多数比镍重的元素都是通过各种形式的中子俘获形成的。因为中子不带电，所以它们不会被原子核排斥，因此较重的元素可以在低得多的温度下制造出来。
超新星释放的物质中产生的中子可以驱动一些中子俘获过程。然而，大多数中子被困在了坍缩的核中，形成了中子星的“残骸”。但这些中子最终会通过另一种形式参与核合成。
2017年，人类首次探测到双中子星合并事件产生的引力波。在双中子星或者中子星与黑洞的合并过程中，几秒内就会发生大量中子俘获。这一系列的快速中子俘获被称为r过程。中子星合并产生了非常重的元素，比如一系列贵金属。可以这么说，双中子星合并才是我们身上的首饰真正的“工匠”。
事实上，r过程还能够产生其他不少更重的元素，但许多放射性元素的半衰期太短了，因此在如今的太阳系中，并没有留下它们的踪迹。
中子星合并是一种相对罕见事件，因为两颗大质量恒星必须以超新星的形式爆发，而这些残余物还要形成一个足够接近的双星系统，以便在宇宙年龄内发生合并。因此，这个过程形成的元素的丰度远低于碳和氧等元素。这可能也是为什么，那些首饰总是如此昂贵。
到这里，元素周期表已经被填满大半，但还有另一类重要的恒星尚未登场。它们虽然不如超新星那般夺目，但它们中的一些，甚至在超过宇宙年龄一半的时间里，为宇宙“默默”地做着贡献。
我们之前说过，大质量恒星往往有明亮而短暂的一生，与之形成对比的是小质量恒星。这种恒星一般不会经历“铁的灾难”。在它们内部，核合成一般在碳和氧（有时可以达到镁和氖）产生后就停止了。
小质量恒星抛射出大量的氦、碳和氮元素，但这个过程的发生要缓慢得多。相比于核坍缩的超新星爆发只要几秒钟，恒星包层的抛射可能会持续10万年以上。比如，质量约8个太阳质量的恒星寿命约为3000万年，也就是说，在宇宙非常古老的时刻，这些恒星的核合成已经开始发生。
虽然这些小质量恒星中的聚变很难走向更重的元素，但小质量恒星确实创造出了很大一部分较重的元素。这是因为，温度只要足够高，能够进行释放中子的核反应，它们释放出的中子很容易与前几代恒星中形成的铁和其他“种子原子核”发生聚变。这些反应作为恒星演化的副产品，进行得十分缓慢，却“悄无声息”地填补了不少元素的空缺。
故事即将走向尾声，最后还有一类核合成事件。在小质量恒星演化的终章，可能会形成白矮星。像双星中子星一样，在近密双星系统中形成的白矮星也可能是额外的核合成的场所。
这一过程似乎有多种机制起作用。这种核合成只需几秒，它会爆炸性地摧毁白矮星，使它成为Ia型超新星，并将它的全部质量抛射到周围的星系中。它们是导致太阳系组成的最后的核合成事件。
至此，宇宙几乎已经完成了元素形成的“答卷”。但在人工合成等途径的发展下，元素周期表仍在继续不断发展。
目前，科学家已经在实验室、核反应堆或者核爆炸中合成了95至118号元素，我们也仍在继续追寻第119号、第120号等假想元素的身影。
元素在宇宙中诞生，落向地球，参与地球和生命的循环，最终成为你我的一部分。而你我皆来自星辰。
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