আজকের পদার্থবিজ্ঞান বহু বছরের পরিক্রমায় শক্তিশালী এবং তথ্যবহুল হয়েছে। এর পেছনে রয়েছে পুরাতন ইতিহাস, জ্ঞান সাধনা ও বিজ্ঞানীদের অবদান। আজকের প্রবন্ধে আমরা কীভাবে পদার্থবিজ্ঞানের ক্রমবিকাশ ঘটেছে সে সম্পর্কে বিস্তারিত একটা ধারণা লাভ করতে চলেছি। তো, চলুন, শুরু করা যাক!

প্রাচীন যুগ

পদার্থবিজ্ঞানের পরিসর অনেক বড়। প্রাচীনকাল থেকে এ পর্যন্ত বহু জ্ঞান যুক্ত হয়েছে বিজ্ঞানের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ এই শাখাটির সাথে। আজকের পদার্থবিজ্ঞানের জন্ম হয়েছিল জ্যোতির্বিদ্যা, আলোকবিজ্ঞান, গতিবিদ্যা এবং জ্যামিতি থেকে। এক্ষেত্রে সর্বপ্রথম থেলিসের কথা বলা যায়, যাঁকে অনেকে বিজ্ঞানের জনক বলে থাকে। এই গ্রিক শিক্ষাবিদ কার্যকারণ, প্রমাণ ও যুক্তি ছাড়া যেকোনো মতামত বা ঘটনার ব্যাখ্যা গ্রহণ করতে অস্বীকার করেছিলেন। এর ফলে মুক্ত জ্ঞানের দরজা খুলে যায়। লোডস্টোনের চৌম্বক ধর্ম সম্পর্কে জ্ঞাত এই গণিতবিদ সূর্যগ্রহণের ভবিষ্যদ্বাণীও করেছিলেন। এরপর পিথাগোরাসের কথা না বললেই নয়, যিনি জ্যামিতির পাশাপাশি কম্পমান তারের উপর মৌলিক কাজ করেছিলেন।

ডেমোক্রিটাস পদার্থের অবিভাজ্য মৌলিক এককের কথা বলেছিলেন, যা রেনেসাঁর যুগের বিজ্ঞানীদেরকে নতুন গবেষণায় উদ্বুদ্ধ করেছিল। তবে এরিস্টটল এবং প্লেটো এর বিরোধিতা করেছিলেন। দার্শনিক অ্যারিস্টটল মনে করতেন, সবকিছু মাটি ,পানি, আগুন ও বাতাস দিয়ে তৈরি।

আরিস্তারাকস সূর্যকেন্দ্রিক সৌরজগতের ধারণা দিয়েছিলেন এবং সেলেউকাস এর পক্ষে গাণিতিক যুক্তি দিয়েছিলেন। যদিও তা কালের গর্ভে হারিয়ে গেছে তবুও তা অনেক গুরুত্বপূর্ণ অবদান রেখেছিল। মহিলা গণিতবিদ হাইপেশিয়া বিজ্ঞান নিয়ে অনেক কাজ করেছিলেন। তবে হিংস্র পাদ্রীরা তার অধিকাংশ কাজই নষ্ট করে দেয়। তবে এর শিরোনাম গুলো উদ্ধার করা সম্ভব হয়েছিল, যা থেকে জানা যায় তিনি জ্যোতির্বিদ্যা উপর মৌলিক কাজ করেছিলেন।

এছাড়াও গ্রিক পদার্থবিদ আর্কিমিডিস আধুনিক ক্যালকুলাসের ধারণার সম্ভাবনা দেখেন এবং সূক্ষ্মাতিসূক্ষ্ম মানের প্রয়োগ করেন। তিনি প্লবতার সূত্র প্রদান করেন, যা থেকে অনিয়মিত আকারের বস্তুর আয়তন পরিমাপ করা যায়। অন্যদিকে গণিতবিদ ইরাটোস্থিনিস সঠিকভাবে পৃথিবীর ব্যাসার্ধ নির্ণয় করেছিলেন। এই প্রাচীন আবিষ্কার ও অবদান গুলি মূলত পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা ঘটিয়েছিল যদিও কিছু মতবাদ ও আবিষ্কারে গরমিল বা ত্রুটি ছিল, তারপরও এগুলোই পদার্থবিজ্ঞানের জন্ম দিয়েছিল এবং ভবিষ্যতের জ্ঞানচর্চাকে এগিয়ে নিয়ে যেতে উদ্বুদ্ধ করেছিল।

মধ্যযুগ

পরবর্তীতে দেড় হাজার বছর পর্যন্ত শুধু মুসলিম, ভারতীয় এবং চীনা ধারার সভ্যতা জ্ঞানচর্চাকে এগিয়ে নিয়ে গিয়েছিল। ভারতীয়রা গণিত ও জ্যোতির্বিদ্যার অনেক মূল্যবান কাজ করেছিল। মুসলমানদের মধ্যে আল-জাবির বইয়ের লেখকের খোয়ারিজমী, আলোকবিজ্ঞানের স্থপতি ইবনে আল হাইয়াম, জ্যোতির্বিদ ওমর খৈয়াম, আল মাসুদি প্রমুখ বিজ্ঞানীগণ মধ্যযুগের শ্রেষ্ঠ বিজ্ঞানী, যাদের অবদান পদার্থবিজ্ঞান কোনদিনও ভুলতে পারবে না। এছাড়াও চীনাদের মধ্যে শেন কুয়োরের কথা বিশেষভাবে বলা যায়, যিনি চুম্বক নিয়ে মৌলিক কাজ করেছিলেন। কম্পাস ব্যবহার করে ভ্রমণের সময়ে দিক নির্ধারণের বিষয়টিও তিনি উল্লেখ করেছিলেন।

বিজ্ঞানের উত্থানকাল

ষোড়শ ও সপ্তদশ শতাব্দীতে বিজ্ঞানের উত্থান ঘটে। বিজ্ঞানের অন্যান্য শাখার মতো পদার্থবিজ্ঞানও সমৃদ্ধ হওয়া শুরু হয়, যার ধারা আজও অব্যাহত রয়েছে। বিজ্ঞানী কোপার্নিকাস, ব্রুনো এবং গ্যালিলিও গ্যালিলি সূর্যকেন্দ্রিক সৌরজগতের ব্যাখ্যা দেন, যার কারণে ব্রুনো ও গ্যালিলিওকে চার্চের কোপানলে পড়ে নির্যাতনের শিকার হতে হয়। গ্যালিলিওকে অনেকেই আধুনিক বিজ্ঞানের জনক মনে করে থাকেন। তিনি দোলকের সূত্র আবিষ্কার করেন। এছাড়াও টেলিস্কোপের গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়ন সাধন এবং বৃহস্পতির উপগ্রহ আবিষ্কার করেন। সকল বস্তু যে সমত্বরণে ভূপৃষ্ঠে পতিত হয়-এই সত্যটি গ্যালিলিও প্রমাণ করেন এবং আলোর গতি অসীম এই ধারণাকে সন্দেহ করেন। তাছাড়াও তিনি গতির সূত্র গুলো আবিষ্কার করেন, যদিও তা গাণিতিকভাবে সংজ্ঞায়িত করতে পারেননি।

এরপরে যার কথা না বললেই নয়, তিনি হলেন ইংরেজ বিজ্ঞানী আইজ্যাক নিউটন, তাঁর প্রধান অবদান গুলো হলো Universal law of Gravitation, The three laws of Dynamics, Differential and Integral Calculus, The binomial theorem, The discovery of the colors of white light. মূলত নিউটন ও লিবনিজ  ভিন্ন ভিন্ন সময়ে নিজেদের মতো করে ক্যালকুলাস আবিষ্কার করেছিলেন। লিবনিজ যান্ত্রিক ক্যালকুলেটর উদ্ভাবনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রেখেছিলেন। নিউটনের মৃত্যুর প্রায় এক দশক পর জোসেফ লুইস ল্যাগ্রাঞ্জ জন্মগ্রহণ করেন, যিনি Universal law of Gravitation প্রমাণে বিশেষ ভূমিকা রেখেছিলেন।

অষ্টাদশ শতাব্দীর আগে তাকে ভারহীন এক ধরনের তরল হিসেবে বিবেচনা করা হতো, কিন্তু 1789 সালে কাউন্ট রামফোর্ড দেখান, তাপ এক ধরনের শক্তি এবং যান্ত্রিক শক্তিকে তাপ শক্তিতে রূপান্তর করা যায়। এছাড়াও লর্ড কেলভিন তা্প নিয়ে গবেষণা করে ১৮৫০ সালে থার্মোডিনামিক্সের দুটি গুরুত্বপূর্ণ সূত্র দিয়েছিলেন।

ঐ সময়ে বিদ্যুৎ ও চুম্বক নিয়ে উৎসাহী বিজ্ঞানীরা নতুন গবেষণা শুরু করেন। ১৭৭৮  সালে কুলম্ব ইলেকট্রিক চার্জের অভ্যন্তরীণ বলের জন্য সূত্র প্রদান করেন। ১৮০০ সালে আলেজান্দ্রো ভোল্টা বৈদ্যুতিক বাতি আবিষ্কার করেন। ২০ বছর পর অরস্টেড দেখান, বিদ্যুৎপ্রবাহ দিয়ে চুম্বক তৈরি করা যায়। ঠিক তার ১১ বছর পর ফ্যারাডে এবং হেনরি এর উল্টোটা করে দেখান। তারা দেখান কীভাবে চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তন করে বিদ্যুৎ তৈরি করা যায়।

প্রায় তিন দশক পরে জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল তার বিখ্যাত মাক্সওয়েল ইকুয়েশন দিয়ে পরিবর্তনশীল বিদ্যুৎ ও চৌম্বক ক্ষেত্রকে একই সূত্রের মধ্যে এনে দেখান যে আলো  আসলে একটি তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ। এই আবিষ্কার একদিকে বিনা তারে বার্তা প্রেরণের সম্ভাবনা সৃষ্টি করে, অন্যদিকে ইয়ং এর উদ্ভাবনকে পূর্ণতা প্রদান করে। (ইয়ং ১৮০১ সালে আলোর তরঙ্গ ধর্মের প্রমাণ করেছিলেন।) প্রকৃতপক্ষে বিদ্যুৎ ও  চুম্বক আলাদা কিছু নয়, শক্তির দু’টি ভিন্ন রূপ মাত্র। ১৮৯৫ সালে স্যার জগদীশ চন্দ্র বসু অতি ক্ষুদ্র তরঙ্গ ব্যবহার করে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে তথ্য প্রেরণে সক্ষম হন। তিনিই প্রথম তড়িৎ চুম্বকীয় তরঙ্গকে মিলিমিটার পর্যায়ে নামিয়ে আনতে সক্ষম হন। ‌

আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান

উনবিংশ শতাব্দীর শুরু থেকেই বিজ্ঞানীরা দেখতে লাগলেন প্রচলিত ক্লাসিক্যাল ফিজিকস দিয়ে অনেক কিছু ব্যাখ্যা করা যাচ্ছে না। ১৯০০ সালে ম্যাক্স প্লাঙ্ক কোয়ান্টাম তত্ত্ব আবিস্কার করেন, যেটি দিয়ে পরবর্তীতে পরমাণুর স্থিতিশীলতা ব্যাখ্যা করা সম্ভব হয়েছিল। বাঙালি বিজ্ঞানী সত্যেন্দ্রনাথ বসু বিকিরণ সংক্রান্ত কোয়ান্টাম সংখ্যাতত্ত্বের সঠিক গাণিতিক ব্যাখ্যা দেন। এছাড়াও কোয়ান্টাম থিওরি প্রদানের ৩০ বছর পর্যন্ত অনেক উঁচু মাপের বিজ্ঞানীরা একে প্রতিষ্ঠিত ও শক্তিশালী করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ অবদান রেখেছিলেন।

১৮৮৭ সালে মাইকেলসন ও মোরলি দেখিয়েছিলেন যে আলোর বেগ স্থির কিংবা গতিশীল সব মাধ্যমেই সমান। ১৯০৫ সালে অ্যালবার্ট আইনস্টাইনের থিওরি অফ রিলেটিভিটি থেকে এর ব্যাখ্যা পাওয়া যায়। এই সূত্র থেকে জানা যায় যে বস্তুর ভর শক্তিতে রূপান্তর করা সম্ভব। পরবর্তীতে পল ডিরাক কোয়ান্টাম তত্ত্বের সাথে থিওরি অফ রিলেটিভিটি ব্যবহার করে অ্যান্টি পার্টিকেল বা প্রতি পদার্থের অস্তিত্ব উল্লেখ করেন, যেটি পরের বছরেই আবিষ্কৃত হয়। এটি পার্টিক্যাল ফিজিক্সের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কার ছিল। ১৮৯৫ সালে রন্টজেন এক্স-রে আবিষ্কার করেন। ১৮৯৬ সালে বেকেরেল দেখান যে পরমাণুর কেন্দ্র থেকে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ হচ্ছে। কোয়ান্টাম তত্ত্ব প্রদানের এক বছর আগে পিয়ারে কুরি ও মাদাম(মেরি) কুরি রেডিয়াম আবিষ্কার করেন। এর ফলে বিজ্ঞানীরা ভালো মতোই বুঝতে পারেন, পরমাণুগুলো ভেঙে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ হতে পারে।

আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের উন্নয়নে নিকোলা টেসলাও বিশেষ ভূমিকা রেখেছিলেন। তারবিহীন তড়িৎ পরিবহন ব্যবস্থা আবিষ্কারে “টেসলা” এক অনন্য নাম। কলোরাডো স্প্রিং, রেডিও, ওয়েরডেন ক্লিফ প্রকল্প ইত্যাদি নিয়ে তিনি কাজ করেছিলেন। কিন্তু বিজ্ঞানের জগতে এই মহানায়ক অনেকটাই বঞ্চিত আর অবহেলিত।

আজকের পদার্থবিজ্ঞান

বর্তমান সময়ে পদার্থবিজ্ঞান এক নব্যরূপ লাভ করেছে। ইলেকট্রনিক্স, কোয়ান্টাম মেকানিক্স, পার্টিকেল ফিজিক্স, নিউক্লিয়ার ফিজিক্স ইত্যাদি নিয়ে গবেষণা করা হচ্ছে। বর্তমানে ডার্ক ম্যাটার এবং ডার্ক এনার্জি নিয়ে দলীয়গবেষণা চলছে। পাশাপাশি স্ট্রিং ফাইবার, নিউট্রিনো, কোয়ার্ক ইত্যাদি নিয়ে পদার্থবিদেরা বহুমুখী গবেষণা করছেন।  আধুনিক পদার্থ বিজ্ঞানের কল্যাণে মেডিকেল সায়েন্সের সাথে ন্যানোটেকনোলজি যুক্ত হয়েছে। আজকের দিনে পদার্থবিদেরা সমগ্র ইউনিভার্সের দৃশ্যমান অংশের মাত্র ৪%কে ফিজিক্স দিয়ে ব্যাখ্যা করতে পেরেছেন। তাছাড়া একই সূত্র দিয়ে সবগুলো মৌলিক বলকে ব্যাখ্যা ও সংজ্ঞায়িত করার প্রচেষ্টা চলছে।

বিজ্ঞানীদের মতে ভবিষ্যতে এমন কোনো কম্পিউটার তৈরি করা সম্ভব হবে, যার মেইন চিপ হবে সাব-অ্যাটোমিক বা পারমাণবিক আকা্রের। এছাড়াও এধরনের কম্পিউটাররে গ্রোভারস অ্যালগরিদম ব্যবহার করা হবে, যা মাত্র ১৬,০০০ অপারেশন চালিয়ে সকল ফেসবুক ব্যবহারকারীর মেইল অ্যাড্রেস ও ফোন নম্বরকে তালিকাভুক্ত করতে পারবে। আর এ ধরনের কম্পিউটারের নাম দেওয়া হয়েছে কোয়ান্টাম কম্পিউটার। আজ আজকের ফিজিক্সের ফ্যান্টাসির পেছনে রয়েছে রিচার্ড ফাইনম্যান, মিশিও কাকুর মতো বহু বিজ্ঞানীর সাধনা।

উপসংহার

পদার্থবিজ্ঞান যেমন সৃষ্টির আদি রহস্যকে সামন এনেছে, তেমনি এগিয়ে নিয়ে যাচ্ছে এই সভ্যতাকে। এভাবেই পদার্থবিজ্ঞান ক্রমবিকশিত  হচ্ছে এবং কল্পগল্পকে হার মানিয়ে উন্নত আবিষ্কারকে সামনে আনছে। আজকে আমরা হলিউড সিনেমায় যেসব বিষ্ময়কর গ্যাজেট এবং টেকনোলজি দেখে, তা হয়ত বা সামনের দিনে পদার্থবিজ্ঞানের কল্যাণে আমাদের ঘরেই পাওয়া যাবে।

তথ্যসূত্র

১. History of physics -Wikipedia
২. Evolution of Physics | Infoplease
৩. The Map of Physics -DoS