স্ট্রিং থিওরি কি এবং কেন ?

স্ট্রিং থিওরি হল পদার্থবিজ্ঞানের একটি তাত্ত্বিক কাঠামো, যেখানে মৌলিক কনিকাদের ব্যাপারে কিছু ভিন্ন ধারনা পেষণ করা হয়। কনাবাদী পদার্থবিদ্যার মতে মৌলিক কনিকারা হল মাত্রাহীন বিন্দুর মত। ঠিক যেমনটি জ্যামিতিতে শেখানো হয়েছিল , “যার দৈর্ঘ্য প্রস্থ ও উচ্চতা নেই তাকেই বিন্দু বলে”। যে কনার দৈর্ঘ্য,প্রস্থ ও উচ্চতা নেই , আসলে তার কোন মাত্রাও নেই(এই দৈর্ঘ্য,প্রস্থ ও উচ্চতাই হোল স্থানের তিনটি মাত্রা )। তো, কনাবাদি পদার্থবিদ্যার মতে মৌলিক কনিকারা হোল এইরকম মাত্রাহীন বিন্দুদের মত। আর স্ট্রিং থিয়োরির পার্থক্যটা এখানেই। স্ট্রিং থিওরি বলছে মৌলিক কনিকারা মাত্রাহীন বিন্দুর মত নয়, বরং এগুলো হল একমাত্রিক তারের মত । একটি তারের যেমন শুধু দৈর্ঘ্য আছে ঠিক তেমনি। আর ঠিক এই কারনেই তত্ত্বের নামও হয়েছে স্ট্রিং থিওরি বা তার-তত্ত্ব। এই তত্ত্বের লক্ষ্য হোল, এই স্ট্রিংগুলোর কোয়ান্টাম অবস্থা ও বৈশিষ্ট্য ব্যাবহার করে প্রকৃতিতে বিদ্যমান সকল মৌলিক কনিকার আচরণ ব্যাখ্যা করা। কনাবাদি পদার্থবিদ্যার স্ট্যান্ডার্ড মডেল যেসব কনিকাদের নিয়ে কাজ করে, স্ট্রিং থিওরি স্বতঃস্ফূর্ত ভাবেই এসব কনার সাথে মহাকর্ষের সম্পর্ক ব্যাখ্যা করতে পারে আর তাই এটি নিজেকে আজকাল সবকিছুর তত্ত্ব সিহেবে দাবী করতে পারছে। এই তত্ত্বের নিজস্ব গানিতিক মডেলের সাহায্যে এটি প্রকৃতিতে বিদ্যমান চারটি মৌলিক বল, সকল প্রকার শক্তি ও পদার্থের যেকোনো অবস্থাকে ব্যাখ্যা করতে পারে। এই তত্ত্বের অনুকল্পগুলো (হাইপোথিসিস) আজকাল কণাবাদী পদার্থবিজ্ঞানের ব্যাবহার করা হচ্ছে।সত্যি কথা বলতে, স্ট্রিং থিয়োরির ধারনাগুলো আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার এবং কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি ও কোয়ান্টাম গ্রাভিটির (মহাকর্ষের কোয়ান্টাম রুপ) সকল ধোঁয়াশা দূর করে আমাদের নতুন এক পদার্থবিদ্যা উপহার দিচ্ছে ।

মৌলিক কনাগুলোকে তাদের বৈশিষ্ট্য অনুযায়ী মুলত দুই ভাগে ভাগ করা যায়। এক শ্রেনির নাম বোসন আরেক শ্রেনির নাম ফার্মিওন। প্রথম দিকে যে স্ট্রিং থিওরি গঠন করা হয় তাকে বলা হত বোসনিক স্ট্রিং থিওরি। গোরার দিককার এই থিওরি শুধু বোসন নিয়েই আলোচনা করত। পড়ে পদার্থবিদরা এই ভিন্ন ধরনের মৌলিক কনাদের মধ্যে এক ধরনের তাত্ত্বিক যোগাযোগ বের করেন। এই দুই ভিন্ন ধরনের কনিকাদের মধ্যে এই তাত্ত্বিক সাদৃশ্যের নাম দেওয়া হয় সুপারসিমেট্রি। পড়ে এই সুপারসিমেট্রির ধারনাকে স্ট্রিং থিওরিস্টরা তাদের তত্ত্ব গঠনে ব্যাবহার করেন। এই নতুন গঠন করা স্ট্রিং থিয়োরির নাম দেওয়া হয় সুপারস্ট্রিং থিওরি। এখন আর বিজ্ঞানীদের শুধু বোসন নিয়ে পড়ে থাকতে হচ্ছে না। স্ট্রিং থিওরি এখন বোসন ও ফার্মিওন দুই শ্রেনির কনিকাদের আচরণ নিয়েই কাজ করতে পারছে। কিন্তু সুপারস্ট্রিং থিয়োরির জন্য গনিত গঠন করতে গিয়ে বিজ্ঞানীরা দেখলেন তাদের কতগুলো অতিরিক্ত মাত্রার দরকার হচ্ছে। আমাদের স্থানের মাত্র তিনটি মাত্রাকে দেখতে পারি, কিন্তু পদার্থবিদরা দেখলেন এই তত্ত্বের গানিতিক ভিত্তির গঠন করতে গেলে তাদেরকে আরও কয়েকটি অতিরিক্ত মাত্রা আছে বলে ধরে নিতে হচ্ছে। অন্যভাবে বললে বলা যায়, এই তত্ত্ব বলছে আমরা যদিও এই অতিরিক্ত মাত্রাগুলোকে দেখাতে পাচ্ছি না বা কোন পরীক্ষার দ্বারা এদের অস্তিত্ব প্রমাণ করতেও পারছি না, কিন্তু আমারদের স্ট্রিং থিয়োরির গনিত বলছে যে তারা আছে। এই তত্ত্বের মতে অরিরিক্ত স্থানিক মাত্রাগুলো স্থানের খুব সংকীর্ণ জায়গায় জরিয়ে-পেচিয়ে আছে, তাই আমরা তাদেরকে দেখতে পারছিনা।

আগে সবল নিউক্লিয়ার বলের বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করার জন্য কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্সের সাহায্য নেওয়া হত। কিন্তু বিজ্ঞানীরা কিছু সমস্যা কাটিয়ে উঠতে পারছিলেন না। ফলে ১৯৬০ এর দশকের শেষের দিকে সবল নিউক্লিয়ার বলের কিছু বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করার জন্য তারা সম্পূর্ণ নতুন এক তত্ত্ব নিয়ে কাজ করতে থাকেন। এভাবেই স্ট্রিং থিওরির জন্ম। পরবর্তীতে বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন এটি নিউক্লিয়ার পদার্থবিদ্যার চাইতে বরং মহাকর্ষের কোয়ান্টাম তত্ত্ব গঠন করতেই বেশি সক্ষম। পাচটি স্ট্রিং থিওরি তৈরি হবার পর বিজ্ঞানীরা দেখলেন যে স্ট্রিং থিওরি কোন একক তত্ত্বের বদলে একটি একগুচ্ছ তত্ত্বের দিকে যাচ্ছে। এবং এক পর্যায়ে ১১ মাত্রা বিশিষ্ট একটি তত্ত্ব গঠন করা হয় যার নাম দেওয়া হয় এম-থিওরি বা এম-তত্ত্ব।

অনেক তাত্ত্বিক পদার্থবিদ (বিশেষ করে স্টিফেন হকিং, এডওয়ার্ড উইটেন এবং জুয়ান ম্যালডাছিনা) মনে করেন স্ট্রিং থিওরি এমন একটি তত্ত্বের দিকে এগিয়ে যাচ্ছে, যা আমাদের দেখা প্রকৃতির সঠিক ব্যাখ্যা দিতে পারবে। তাদের এরকম মনে করার অবশ্য কারন ও আছে। স্ট্রিং থিওরির গানিতিক গানিতিক গঠনের সাহায্যে কোয়ান্টাম মেকানিক্স ও সাধারণ আপেক্ষিকতাকে একীভূত তত্তে রুপ দেওয়া যাবে। মানে আমরা মহাকর্ষের জন্য একটি কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি পাব। ফলে প্রকৃতিতে বিদ্যমান চার প্রকার বলকে একীভূত করার কাজটি করা যাচ্ছে(বিজ্ঞানীরা এতদিন যা শত চেস্টা করেও করতে পারেন নি)। কোয়ান্টাম গ্রাভিটি আমাদের হলগ্রাফিক প্রিঞ্ছিপল , ব্ল্যাকহোল থারমডাইনামিক্স এর মত বেশ কিছু চমৎকার বিষয় সম্পর্কে তত্ত্ব গঠন করতে সহায়তা করছে। হকিং এর মতে, “এম-থিওরিই একমাত্র তত্ত্ব যেটি নিজেকে সবকিছুর তত্ত্ব বলে দাবী করতে পারে” । রির্চাড ফাইনম্যান, রজার পেনরোজ এবং শেলডন লি গ্লাসো এর মত কয়েকজন পদার্থবিজ্ঞানী অবশ্য এর সমালোচনা করেছেন।তাদের মতে এই তত্ত্ব পরীক্ষার জন্য প্রচুর শক্তির প্রয়োজন এবং তাই পরীক্ষা করে এই তত্ত্বের অনুমানগুলোর সত্যতা প্রমাণ করা সম্ভব না।তাই এই তত্ত্ব নিজেকে সবকিছুর তত্ত্ব হিসেবে দাবী করতে পারেনা।

এক নজরে স্ট্রিং থিওরি

স্ট্রিং থিওরি শুরুটা ছিল একটি সাদামাটা ধারনা দিয়ে যে, আমরা মৌলিক কনিকাদের যেভাবে বিন্দু বা কনা হিসেবে ভেবে নেই তাদেরকে একটি চিকন এক মাত্রিক তার হিসেবেও ভাবা যেতে পারে।বাপারটা এরকম যে, আমরা যাদের গোল বিন্দু বলে ভাবছি তারা আসলে গোল নয়, আমাদের দৃষ্টির সীমাবদ্ধতার কারনে এদেরকে আমরা গোল হিসেবে দেখি। তাই যদি এদেরকে বহুগুনে বিবর্ধিত করা সম্ভব হয় (আসলে এতটা বিবর্ধিত করে দেখা প্রায় অসম্ভব) তাহলে আমরা এদেরকে একমাত্রিক লম্বা তার আকারেই দেখব। স্ট্রিং তত্ত্ব অনুসারে প্রকৃতিতে প্রাপ্ত সকল মৌলিক কনিকাই আসলে এ রকম তার। এসব তার আবার বিভিন্ন কম্পাঙ্কে কাঁপছে। এসব তারে ব্যাসার্ধ ও কম্পাংকের ভিন্নতার কারনে বিভিন্ন রকম বৈশিষ্ট্যের মৌলিক কনিকা হিসেবে দেখা দিচ্ছে। তারে কম্পনের পার্থক্যই এদের আধান, ভর নির্দিষ্ট করে দিচ্ছে। আর এসব তারের বলবিদ্যা স্টাডি করে অন্য বৈশিষ্ট্যগুলোও বের করা যাবে। সহজভাবে বললে গিটারের তারের কম্পাঙ্কের পার্থক্যের কারনে যেমন চিকন মোটা সুর বের হয় (ভিন্ন ভিন্ন নোড বাজে) তেমনি এসব স্ট্রিং এর কম্পনের পার্থক্যের কারনে বিভিন্ন বিশিষ্টের কনিকার দেখা মিলছে। স্ট্রিংগুলো পরস্পরের সাথে জোড়া লাগা বা আলাদা হবার কারনে কনা বা শক্তি নিঃসরণ অথবা শোষিত হতে পারে।

এই তত্ত্ব মতে, এই যে বিভিন্ন ভাবে তারগুলো কাপতে পারে, সেরকমই এক ধরনের কম্পনের কারনে স্পিন-২ নামে ভরহীন এক ধরনের কনিকার সৃষ্টি হয়। স্পিন-২ টাইপের কনিকার সবচেয়ে ভাল উদাহরন হচ্ছে গ্রাভিটন নামের একটি কনিকা। গ্রাভিটনের মিথস্ক্রিয়ার সাহায্যে এক ধরনের বল কার্যকর হয় , যার বৈশিষ্ট্য হুবহু মহাকর্ষ বলের মত। যেহেতু স্ট্রিং থিওরি হল গানিতিক ভাবে গঠিত একটি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের তত্ত্ব, তাই গ্রাভিটনের অস্তিত্ব এটাই বলছে যে এই তত্ত্ব  কোয়ান্টাম গ্রাভিটির (মহাকর্ষের কোয়ান্টাম রুপ) তত্ত্ব।

এই তারগুলো খোলা এবং বন্ধ দুই ধরনেরই হতে পারে।খোলা তারগুলোর দুই প্রান্ত একটি আরেকটির সাথে জোড়া না লেগে আলাদা আলাদা ভাবে থাকে, আর বন্ধ তারগুলোর দুই প্রান্ত পরস্পরের সাথে জোড়া লেগে লুপ গঠন করে। খোলা তারগুলোর চেয়ে বন্ধ তারগুলো কিছুটা ভিন্ন ভাবে আচরণ করে। আর এদের থেকে পাওয়া কনিকারাও ভিন্ন ধরনের। বন্ধ তারের এমন বৈশিষ্ট্য আছে যা গ্রাভিটন উপন্ন করে, অপরদিকে শুধুমাত্র খোলা তারগুলো ফোটনের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ আচরণ করে। এখানে বলে রাখা ভাল, যেকোনো খোলা তারই তার দুই প্রান্ত পরস্পরের সাথে জোড়া লেগে লুপ তৈরি করেতে পারে, তাই সব স্ট্রিং থিওরিতেই বন্ধ তার আছে। যেহেতু সবগুলো স্ট্রিং থিওরিতেই বন্ধ তার আছে তাই সব স্ট্রিং থিওরিই গ্রাভিটিকে ব্যাখ্যা করতে পারে(যেহেতু বন্ধ তার গ্রাভিটন উতপন্ন করে, আর গ্রাভিটন সক্রিয় হবার মাধ্যমেই গ্রাভিটি বা মহাকর্ষ কার্যকর হয়)।

প্রথমদিকের স্ট্রিং থিওরির নাম ছিল বোসনিক স্ট্রিং থিওরি।এটি শুধুমাত্র বোসন কনিকাদের নিয়েই গঠন করা হয়েছিল। স্ট্রিং থিওরির এই মডেলটি ছিল খুব নিম্ন শক্তির “কোয়ান্টাম গ্রভিটির” থিওরি।এটি ফোটনের মত “গেজ বোসন” কনিকার আচরণ ব্যাখ্যা করত। তবে এই মডেলের কিছু সমস্যাও ছিল। এর মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণটি ছিল এর অস্থিতিশীলতা। এই মডেলের কিছু সমিকরনের ফলাফল ছিল ভয়াবহ, বিশেষ করে এর একটি ইঙ্গিত ছিল যে, এই তত্ত্বের গঠন অনুসারে স্থান-কাল ক্রমে ক্ষয়ে যেতে থাকবে এবং এক সময় নিজের উপর দুমরে মুচরে পড়বে। আর তত্ত্বের নাম থেকেই বোঝা যাচ্ছে, এই তত্ত্বের কনার বর্ণালীতে শুধু বোসনের কণিকাদেরই অস্তিত্ব আছে। এখানে বলা দরকার যে বোসন কনিকারা শুধু শক্তির কনিকা বলে পরিচিত মানে শুধু বিকিরন হিসেবে আছে, তাহলে পদার্থের কনিকাদের (ফার্মীওন) কি হবে ! পড়ে বিজ্ঞানীরা বোসন আর ফার্মীওনের মধ্যে একটি যোগসূত্র আবিস্কার করেন যেটি সুপারসিমেট্রি নামে পরিচিত। সুপারসিমেট্রি ব্যাবহার করে বোসন আর ফার্মীওন দুই ধরনের কনিকাদের আচরণই ব্যাখ্যা করা যায়। এর পর স্ট্রিং থিওরি আর বোসনিক স্ট্রিং থিওরি হইল না। সুপারসিমেট্রি ও অতিরিক্ত মাত্রার ধারনা সংযুক্ত করে ১১ মাত্রার একগুচ্ছ তত্ত্ব তৈরি করা হোল। স্ট্রিং থিওরির এই গুচ্ছ তত্ত্বটি এম-থিওরি নামে পরিচিত।

যেহেতু এই তত্ত্ব গ্রাভিটি সহ সকল মৌলিক বল ও এদের মিথস্ক্রিয়াকে ব্যাখ্যা করতে পারে, তাই বিজ্ঞানীদের ধারনা এটি আমাদের মহাবিশ্বকে সঠিকভাবে বর্ণনা করতে পারবে, এবং সবকিছুর তত্ত্ব হিসেবে প্রতিস্থিত হবে। স্ট্রিং থিয়োরির বর্তমান গবেষণার লক্ষ্য হোল, স্ট্যান্ডার্ড মডেলের সাথে গুনগত মিল রেখে এটি এমন একটি তত্ত্ব গঠন করবে, যা ডার্ক ম্যাটার এর অস্তিত্ব ব্যাখ্যা করবে। পাশাপাশি মহাজাগতিক স্ফিতির(যেটি বিগ ব্যাঙের পড়ে ঘটেছিল) গ্রহণযোগ্য সমাধান সহ একটি ছোট মহাকাশীয় ধ্রুবক খুজে বের করবে । তবে এটা এখনো জানা যায়নি স্ট্রিং থিয়োরির এমন কোন সমাধান আছে কিনা বা এসব করার জন্য এই তত্ত্বের কতটুকু স্বাধীনতা আছে।

স্ট্রিং থিওরির চ্যালেঞ্জগুলোর মধ্যে একটি হোল এর পরিপূর্ণ রুপটি মহাবিশ্বের সকল অবস্থার ব্যাখ্যা একসাথে করতে পারে না। তার বদলে এর প্রত্যেকটি অংশ তত্ত্বগুলো ভিন্ন ভিন্ন ভৌত অবস্থার বর্ণনা করে।মানে প্রত্যেক অবস্থার জন্য এর আলাদা তত্ত্ব রয়েছে, আর সবগুলো মিলে একটি গুচ্ছ তত্ত্ব রয়েছে। বিক্ষিপ্ত স্ট্রিংগুলোকে পারটারবেশন থিওরি সুস্পষ্ট ভাবে সংজ্ঞায়িত করলেও এটি সাধারণ ভাবে এখনো পরিস্কার না যে স্ট্রিংগুলো কিভাবে অস্থিতিশীল অবস্থায় আছে।এছাড়া এটিও এখনো ভালমতো পরিস্কার না যে এই তত্ত্ব কিভাবে শুন্যাবস্থাকে নির্দিষ্ট করে আর স্থান-কালকে সংজ্ঞায়িত করে , যার সাহায্যে আমাদের পরিচিত মহাবিশ্বের গুণাবলি নির্ধারণ করা যায়(কারন আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব অনুসারে আমরা জানি আমাদের মহাবিশ্ব হোল স্থান-কালের একটি বক্রতল, আর এর সাহায্যেই আমরা আমাদের মহাবিশ্বের ব্যাখ্যা করি)।

(স্ট্রিং থিওরি নিয়ে বাংলায় তেমন কোন লেখা এবং কোনও বই নেই। এই তত্ত্ব নিয়ে ধারাবাহিকভাবে লেখা, আর সম্ভব হলে একটি পূর্ণাঙ্গ জনপ্রিয় বিজ্ঞান ধারার বই করব।)

তথ্য সুত্রঃ

১.উইকি

২.অ্যা কমপ্লিট ইডিওট গাইড টু স্ট্রিং থিওরি- জর্জ মাশার

৩.স্ট্রিং থিওরি ফোর ডামিস- এ. জিমারম্যন জন্স

৪.হাইপারস্পেস- মিশিয় কাকু