পরমাণুর আভ্যন্তরীন মহাবিশ্বে ভ্রমণ-৮

পরমাণুর অাভ্যন্তরীন মহাবিশ্বে ভ্রমণ
মূল: আইজ্যাক আসিমভ
অধ্যায়-২ : আলো
অনুচ্ছেদ-৩: প্রতিভাসগুলোর একীভবন
তাহলে আমরা সবমিলিয়ে চারধরনের প্রবাহ বা প্রতিভাস পাচ্ছি যাদের শূন্যমাধ্যমের মধ্য দিয়ে অনুভব করা যায়: আলো, বিদ্যুৎ, চৌম্বকত্ব এবং মহাকর্ষ। এই প্রত্যেক ঘটনাই ইথারের মাধ্যমে গমন করে বলে কল্পনা করা হয় কিন্তু প্রশ্ন হলো এদের প্রত্যেকটির জন্য কি ইথার আলাদা আলাদা নাকি একই রকম? বলার কোনো উপায় নেই। তবে মাঝে মধ্যে আলোকে বলা হয় আলোবাহী (luminiferous) ইথারের তরঙ্গ (luminiferous শব্দটি ল্যাটিন থেকে নেওয়া হয়েছে যার অর্থ আলো ধারনকারী)। কাজেই “বিদ্যুৎবাহী”, “চৌম্বকবাহী”, এবং “মহাকর্ষবাহী” ইথারের অস্তিত্বও হয়তোবা থাকতে পারে?

নিশ্চিতভাবে বলা যায় এই চারটি বিষয়ের মধ্যে খুব বড় ধরনের পার্থক্য নেই। আলোকে আকর্ষন বা বিকর্ষন করতে দেখা যায় না। মহাকর্ষ শুধুমাত্র আকর্ষন ক্ষমতা সম্পন্ন। বিদ্যুৎ এবং চৌম্বকত্ব অবশ্য আকর্ষন এবং বিকর্ষন উভয়ই করে থাকে এবং একই রকম ক্ষেত্রে আকর্ষন এবং বিপরীত রকম ক্ষেত্রে আকর্ষন হয়। এদের মধ্যে শেষের দু’টিকে মনে হয় যেন একটি হতে আরেকটি উৎপন্ন হয়েছে।

১৮১৯ সালে ড্যানিশ পদার্থবিদ হ্যান্স ক্রিশ্চিয়ান ওয়েরস্টেড (Hans Christian Øersted, ১৭৫৭-১৮৫১) তড়িৎপ্রবাহের উপর যখন লেকচার দিচ্ছিলেন তখন দর্শকের প্রতি প্রদর্শনস্বরূপ একটি কম্পাসকে তড়িৎবাহী তারের নিকটে ধরেছিলেন। চমকে গিয়ে তিনি আবিষ্কার করলেন কম্পাস শলাকা তাৎক্ষণিকভাবে প্রতিক্রিয়া দেখালো এবং তড়িৎপ্রবাহের সাথে সমকোণে বিন্যাস্ত হলো। এটি ছিলো সম্পূর্ণ নতুন ধরনের ঘটনা। ওয়েরস্টেড যখন তড়িৎপ্রবাহের দিক বিপরীতমুখী করলেন চৌম্বক শলাকাটিও ঘুরে গেলো এবং আগের দিকের উল্টাদিকে বিন্যাস্ত হলো। ওয়েরস্টেডই প্রথম ব্যক্তি যিনি তড়িৎ এবং চৌম্বকত্বের মধ্যে একটি নিবিড় সম্পর্ক দেখিয়েছিলেন তবে বিস্তারিত উদ্ঘটনের চেষ্টা করেন নি। তবে পরবর্তীতে অন্যরা, যারা এই প্রদর্শনীর কথা শুনেছেন তাঁরা উদ্ঘাটন করেছেন এবং তা-ও তাৎক্ষণিকভাবে।

১৮২০ সালে ফরাসী পদার্থবিদ ডোমিনিক ফ্রান্সোয়া এরাগো (Dominique François Arago, ১৭৮৬-১৭৫৩) দেখালেন যে, একটি বিদ্যুৎবাহী তার চুম্বকের মতো আচরন করে এবং লোহার গুড়াকে আকর্ষন করতে পারে, যা তড়িৎ প্রবাহ বন্ধ করে দিলে থেমে যায়। যেহেতু তড়িৎবাহী তারটি ছিলো তামার তৈরি তাই বোঝা গেলো শুধুমাত্র লোহাই চৌম্বকত্ব প্রদর্শন করে না বরং অন্য সব বস্তুও করতে পারে। এই ঘটনার পর থেকে বিজ্ঞানীরা তড়িৎ-চৌম্বকত্ব নিয়ে আলোচনা করতে শুরু করলেন।

একই বছরে অন্য একজন ফরাসী বিজ্ঞানী অঁদ্রে-মারি অম্পেয়্যার (Andre Marie Ampere, ১৭৭৫-১৮৩৬) দেখালেন যে যদি সমান্তরালে স্থাপিত দুটি তারের মধ্য দিয়ে একই দিকে বিদ্যুৎ প্রবাহিত করা হয় তাহলে তারা পরস্পরকে আকর্ষন করে, এবং প্রবাহ যদি পরস্পর বিপরীতমুখে চালানো হয় তাহলে বিকর্ষন করে। আপনি যদি একটি তারকে হেলিক্সের (স্প্রিং এর আকৃতি) মত করে প্যাঁচান এবং বিদ্যুৎ প্রবাহিত করেন তাহলে হেলিক্সের প্রতিটি প্যাঁচে একই দিক থেকে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে। এই প্রতিটি প্যাঁচ তাই পরস্পরকে আকর্ষন করবে এবং চৌম্বকক্ষেত্র উৎপন্ন করবে যারা একে অন্যকে শক্তিশালী করবে। এই সলিনয়েডটি (তারের কুন্ডলী) অতঃপর একত্রে একটি চৌম্বকদন্ডের মতো কাজ করবে যার এক প্রান্তে একটি উত্তরমেরু এবং অপর প্রান্তে দক্ষিন মেরু থাকবে।

১৮২৩ সালে ব্রিটিশ পদার্থবিদ উইলিয়াম স্টারজন (William Sturgeon, ১৭৮৩-১৮৫০) U আকৃতির একটি লোহার বারের উপর তার প্যাঁচালেন। লোহা চৌম্বক ক্ষেত্রকে ঘনীভুত করল এবং যখন তড়িৎ প্রবাহ চালু করা হলো এটি আশ্চর্যজনকভাবে খুবই শক্তিশালী তড়িৎচুম্বকে পরিণত হলো।

১৮২৯ সালে আমেরিকান পদার্থবিদ জোসেফ হেনরী (Joseph Henry, ১৭৯৭-১৮৭৮) অন্তরীত তার (শর্ট সার্কিট প্রতিহত করার জন্য) দিয়ে একটি লোহার বারের উপর কয়েকশ’ প্যাঁচ দিলেন যাতে এমন একটি তড়িৎচুম্বক তৈরি হলো যা বিপুল পরিমান ওজনের লোহাকে তুলতে সক্ষম হলো যখন এর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহ চালানো হলো।

ফ্যারাডে এর পরে বিপরীত দিক থেকে চিন্তা করলেন। তড়িৎ যদি চৌম্বকত্ব তৈরি করতে পারে, তাহলে চৌম্বকত্বও কি তড়িৎ উৎপন্ন করতে পারার কথা নয়? তিনি একটি সাধারন দন্ড চুম্বককে একটি তারের কুন্ডলির মাঝখানে ঢোকালেন এবং কুন্ডলীটিকে কোনো ব্যাটারীর সাথে যুক্ত করা হলো না যা থেকে তার মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হতে পারে। কিন্তু চুম্বকটিকে যখন কুন্ডলীর ভিতর দিয়ে আনা-নেওয়া করা হলো তখন সেখানে এক ধরনের একটি বিদ্যুৎ প্রবাহ অনুভব করা গেলো। চুম্বকটিকে যখন কুন্ডলীর মধ্যে স্থির রাখা হয় তখন কোনো বিদ্যুৎ পাওয়া গেলো না। স্পষ্টভাবে বোঝা গেলো বিদ্যুৎ তারের মধ্য দিয়ে কেবল তখনই প্রবাহিত হয় যখন তার চৌম্বক বলরেখাগুলোকে ছেদ করে এবং চুম্বটিকে যখন সামনের দিকে চালানো হয় তখন বিদ্যুৎ প্রবাহ যে দিকে পাওয়া যায়, টেনে বের করে আনলে তার বিপরীত দিকে প্রবাহ পাওয়া যায়।

১৮৩১ সালে ফ্যারাডে একটি তামার চাকতিকে একটি চুম্বকের দুই মেরু বরাবর ঘোরানোর সরঞ্জাম তৈরি করলেন। তামার চাকতিটি যখন চুম্বকের উপর দিয়ে ঘোরানো হয় তখন একটি বিদ্যুৎপ্রবাহ চলতে থাকে এবং যতক্ষণ চাকতিটিকে ঘোরানো হয় ততক্ষণ বিদ্যুৎপ্রবাহ চলতে থাকে। এই চাকতিটির ঘুর্নন অব্যহত রাখতে হলে বাইরে থেকে বল প্রয়োগ করতে হয়। যতক্ষণ চাকতিটিকে ঘুরানো হবে, সেটি যেভাবেই হোক (মানুষ বা প্রানীর পেশীশক্তি, প্রবাহিত পানি কিংবা জ্বালানী পোড়ানোর মাধ্যমে উৎপন্ন বাষ্প) যান্ত্রিক শক্তি বিদ্যুৎ শক্তিতে পরিণত হতে থাকবে। ফ্যারাডের এই ঘটনাকে হেনরী বিপরীতভাবে দেখালেন। তিনি বিদ্যুৎপ্রবাহ চালিয়ে চাকার মধ্যে ঘুর্ণন তৈরি করলেন এবং প্রথমবারের মতো বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করলেন।

এই সবগুলো আবিষ্কার পুরো বিশ্বয়কে তড়িৎগ্রস্ত করে ফেলল (উভয় অর্থে) এবং মানব সভ্যতাকে আমূল বদলে দিল। অবশ্য বিজ্ঞানীদের কাছে এসবের গুরুত্ব ছিল ভিন্ন কারনে। তাঁরা বিদ্যুৎ এবং চৌম্বকত্বের মাঝে সম্পর্ক আবিষ্কার করে ফেলেছেন এবং নানা আঙ্গিক তা পরীক্ষা করে দেখাতেও পারছেন। বস্তুতঃ অনেকে এরই মধ্যে ভাবতে শুরু করেছেন তড়িৎ এবং চৌম্বকত্ব একটি মাত্র ক্ষেত্র এবং তা তড়িৎ-চৌম্বক ক্ষেত্র হিসেবে বিদ্যমান। মাঝে মাঝে এর বৈদ্যুতিক চেহারাটি আমাদের সামনে হাজির হয় এবং মাঝে মাঝে চৌম্বক চেহারাটি দেখা যায়। ম্যাক্সওয়েলের কাজের মাধ্যমে এই ধারনাটি আলোচনার চূড়ায় উঠে গেলো। ১৮৬৪ থেকে ১৮৭৩ সালের মধ্য ম্যাক্সওয়েল ফ্যারডের ক্ষেত্র এবং বলরেখার ধারনাকে গাণিতিক ভিত্তি দিলেন এবং তড়িৎ এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে সুস্পষ্ট সম্পর্ক স্থাপন করলেন। ম্যাক্সওয়েল বিষয়টিকে চারটি সরল (গণিতবিদদের কাছে) গাণিতিক সমীকরনের মাধ্যমে নিষ্পত্তি করলেন যা তড়িৎ এবং চুম্বকত্বের সকল বৈশিষ্ট্যকে ব্যাখ্যা করে। সেই থেকে এগুলো ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ নামেই পরিচিত।

ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণগুলো (যেসবের বস্তুনিষ্ঠতা অদ্যাবধি যেকোনো পর্যবেক্ষণ দ্বারা স্বীকৃত) থেকে পাওয়া গেলো যে, তড়িৎ এবং চৌম্বক ক্ষেত্র আলাদাভাবে বিদ্যমান থাকতে পারে না। তার মানে হচ্ছে শুধুমাত্র একীভূত তড়িৎচৌম্বক ক্ষেত্রেরই উপস্থিতি আছে যা একটি তড়িৎ অংশ এবং একটি চৌম্বক অংশ নিয়ে গঠিত যেখানে তড়িৎ অংশটুকু চৌম্বক অংশের সাথে লম্বভাবে অবস্থান করে।

যদি তড়িৎ এবং চৌম্বক আচরণ সবদিক থেকে একই রকম হতো তাহলে চারটি সমীকরণই প্রতিসম হতো এবং তাদেরকে দর্পন প্রতিবিম্ব (mirror image) হিসেবে পাওয়া যেতো। একটি বিশেষ দিক থেকে চিন্তা করলে এই দুটি ঘটনা একে অপরের সাথে মেলে না। বৈদ্যুতিক ঘটনায় ধনাত্মক এবং ঋনাত্মক চার্জ পরস্পর হতে আলাদাভাবে অবস্থান করতে পারে। যেকোনো বস্তু ধনাত্মক চার্জযুক্তও হতে পারে আবার ঋনাত্মক চার্জ যুক্তও হতে পারে। অপরদিকে চৌম্বকত্বের ক্ষেত্রে, চৌম্বকমেরুসমূহ পরস্পর স্বাধীনভাবে অবস্থান করতে পারে না। যেসব বস্তু চৌম্বকধর্ম প্রদর্শন করে তাদের একটি অংশে উত্তর মেরু অবস্থান করে এবং অপর অংশে দক্ষিন মেরু অবস্থান করে। একপ্রান্তে উত্তরমেরু এবং অপর প্রান্তে দক্ষিনমেরু বিশিষ্ট একটি লম্বা চৌম্বক শলাকাকে মাঝখানে ভেঙ্গে তাদের মেরু দুটো আলাদা হয় না বরং উত্তরমেরু বিশিষ্ট অংশটি তাৎক্ষণিক ভাবে ভাঙ্গা প্রান্তের কাছে একটি দক্ষিম মেরু তৈরি করে এবং দক্ষিনমেরু বিশিষ্ট অংশটি একই ভাবে একটি উত্তর মেরু তৈরি করে।

ম্যাক্সওয়ের তাঁর সমীকরণে এই ব্যাপারটি আমলে নিয়েছিলেন যা অপ্রতিসাম্য নামক একটি টার্ম চালু করেছিলো। এই বিষয়টি বিজ্ঞানীদের সর্বদাই অস্বস্তিতে ফেলেছে, যাদের ধারনা প্রকৃতিতে সর্বদাই সারল্য এবং প্রতিসাম্য বিদ্যমান। ম্যাক্সওয়েলের সমীকরনের এই “খুঁত” নিয়ে আমরা পরবর্তীতে আবারো ফিরে আসব।

ম্যাক্সওয়েল তাঁর সমীকরণের মাধ্যমে দেখিয়েছেন একটি স্পন্দিত তড়িৎক্ষেত্র অবধারিতভাবে একটি চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি করবে যা ফলশ্রুতিতে পুনরায় একটি তড়িৎক্ষেত্র তৈরি করবে এবং এভাবেই অনির্দিষ্টকাল পর্যন্ত চলতে থাকবে। এটি স্থিরবেগে তরঙ্গাকারে চলমান একটি তড়িৎচৌম্বক বিকিরণের সাথে সমতুল্য। তড়িৎক্ষেত্র পরিমাপের একক এবং চৌম্বকক্ষেত্রের পরিমাপক এককের সাথে অনুপাতের মাধ্যমে আমরা এই বিকিরণের বেগ নির্ণয় করতে পারি। এভাবে হিসেব করলে আমরা পাই, এই বিকিরণের বেগ প্রতি সেকেন্ডে ৩ লক্ষ কিলোমিটার (একলক্ষ ছিয়াশিহাজার মাইল) যা আলোর বেগের সমান!

এই মিল কাকতালীয় হতে পারে না। এখান থেকে বোঝা গেলো আলো নিজেই এক ধরনের তড়িৎচৌম্বক বিকিরণ। ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণগুলো তাই দেখা যাচ্ছে চার প্রকারের মধ্যে তিন প্রকারের প্রতিভাসকে (আলো, তড়িৎ, চৌম্বকত্ব) একীভূত করতে পারছে যেগুলো শূন্যের মধ্য দিয়ে অতিক্রম করতে পারে।

শুধুমাত্র মহাকর্ষ বল এই একীভবনের বাইরে রয়ে গেলো। এটিকে অন্য তিনপ্রকার ঘটনার সাথে কিছুতেই মেলানো গেলো না। আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯১৬ সালে তার আপেক্ষিকতার সাধারণত তত্ত্ব (general theory of relativity) উপস্থাপন করেন যা নিউটনের মহাকর্ষসূত্রকে আরো উন্নত করেছিলো। আইনস্টাইনের ব্যাখ্যা যা এখন যথেষ্ট পরিমানে যথার্থ বলে স্বীকৃত, উল্লেখ আছে তড়িৎচৌম্বক বিকিরণের মতো তরঙ্গায়িত মহাকর্ষীয় বিকিরণও বিদ্যমান থাকা উচিৎ। এ্ধরনের বিকরণ তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গের চেয়ে আরো অনেক সূক্ষ এবং অস্পৃশ্য এবং তাই শনাক্ত করাটাও অনেক অনেক কঠিন। কিছু ভুল পরীক্ষা ছাড়া এখন পর্যন্ত এগুলোকে প্রকৃতভাবে শনাক্ত করা যায় নি যদিও কোনো বিজ্ঞানীই এদের উপস্থিতি নিয়ে কার্যত কোনো সংশয় পোষন করেন না।
(সবগুলো পর্ব একত্রে)