কোয়ান্টাম ফিজিক্স -পদার্থবিদ্যার এক নতুন পথ

আইনস্টাইনের কাছে অতীব অস্বস্তিকর অথচ নিজের অজান্তে এর উপর দাঁড়িয়ে তার নোবেল জয়ের সূত্র লিখেছিলেন -কোয়ান্টাম বিদ্যা তার বিষয় এমনকি এর উদ্ভবের ইতিহাস দুটোই বড় রহস্য নিয়ে হয়েছে।
কোয়ান্টাম বলতে আমরা কি বুঝি ? এটা হলো শক্তির অংশ। এইখানেই ক্যাচাল লেগেছিল। আগে দেখি বাস্তবের দুনিয়াতে এই টুকরো টুকরো জিনিসের সৃষ্টির উদাহরণ গুলো। ধরুন আপনি এই বর্ষায় বৃষ্টি দেখছেন ,জলের ধারা কিন্তু বিন্দু বিন্দু জলের সম্মিলিত একটা রূপ। একটা পাহাড় বা আরো সহজ ভাষায় বালির বড় একটা ডিবি সৃষ্টি হয়েছে বিন্দু বিন্দু বালি নিয়ে। এই রূপক এর প্রয়োগ নিয়ে বিজ্ঞানের দুই বিভবের মধ্যে লাগে ঝামেলা ,একদম বলেন শক্তির সামগ্রিকতা হলো টুকরো টুকরো শক্তির সম্মেলন আর অন্য অংশ তা মানে না। এই পর্যায়ে তাদের মধ্যে বিবাদ এর অবসান ঘটান ম্যাক্স প্ল্যান্ট। তিনি প্রমান করেন শক্তির মান আছে এবং ওটাকে একটি নির্দিষ্ট মাল্টিপ্লিকেশনে নিয়ে পুরো শক্তির ব্যাখ্যা দেন। একই সাথে উঠে এলো এক নতুন তত্ব। আগে ক্ল্যাসিকাল তত্ব দিয়ে আমরা নির্দিষ্ট ভাবে যে কোনো কিছু একটি পরিমাপ করতাম ,কোয়ান্টাম নিয়ে এলো এক নতুন ভাবনা। প্রকৃতির মধ্যে এক লুকিয়ে রাখার প্রবণতা বা অনিশ্চয়তার কথা তুলে ধরলো এই তত্ব।একটু ঘেটে যাচ্ছে ? না না , চলে যাবেন না ,ওটা আপাততঃ ওই কোয়ান্টাম এর তত্বের লুকিয়ে রাখার মতো শেলফে রাখুন। কারণ রিচার্ড ফাইনম্যান বলে এই বিষয়ের এক মহারথী বলেছেন , আমরা এই কোয়ান্টাম তত্ব বুঝি না তবে এর ব্যবহার করতে পারি। -আমি ও কিছু না বুঝে যেমন এর উপর আপনাদের জ্ঞান দিতে এসেছি। যাইহোক ফাজলামি না , পাঠিকারা ভীষণ রাগ করেন। বিষয়ে যাই আবার !

পদার্থবিদ্যার দুনিয়ায় আলোড়ন সৃষ্টি করা গুঁফো ইহুদি আইনস্টাইন আর ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক এর এই সূত্রের উপর জুড়ে গেল এক অনামা বাঙালি। ঢাকায় বসে তিনি ভেবে ফেললেন এই তত্বের একটি অধ্যায়। সবিনয়ে চিঠি লিখলেন আইনস্টাইনকে ,ওই ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের তত্বের একটি জায়গায় একটু হিসাবের সূত্র অন্যরকম হওয়ার কথা। তিনি আনলেন এক নতুন হাইপোথিসিস , শক্তির একদম শেষ খন্ড মানে কোয়ান্টাম কনার দশা কে ধারণা দিলেন h কিউবে। সোজা ভাষায় একটি ছোট্ট অংশ ধরে নিন একটি চৌকো বাক্স। h হলো এই শক্তির কনস্ট্যান্ট (ধ্রুবক ?) মানে মাপকাঠি। আরো ভেবেছিলেন ,এই ছোট ছোট শক্তির অংশ যা দিয়ে পুরো শক্তির সৃষ্টি ঐগুলো সব একই রকম মানে হুবহু একই জিনিস। আইনস্টাইন , এই চিঠি কে অতীব গুরুত্ব দিয়েছিলেন। উত্তর তো দিয়েইছিলেন এর স্বীকৃতি দিয়ে ,তা ছাড়া সত্যেন বসুর এই লেখা বিশ্বের বিজ্ঞান জগতে তুলে ধরেছিলেন। এই ধ্রুবক পরে হাইজেনবার্গ সঠিক প্রমান করেন।

পরবর্তীতে আরো পরিবর্তন হতে থাকে এই বিদ্যার তবে ওই বাঙালি গণিতবিদ এর স্থান আরো পোক্ত হয়। পদার্থের মৌলিক কণিকা ( ইহা ইলেক্ট্রন ,নিউট্রন বা প্রোটনের পরবর্তী ধাপ , খেয়াল করে ! ) দেখা গেল দুই রকম। একই রকম দেখতে গুলোর নাম হলো বোসন আর ফার্মিয়ন। বোসন একই রকম দেখতে ,কাজকারবার হুবহু এক। একই জায়গায় থাকে। আর ফার্মিয়ন যার নামকরণ হয়েছে বিজ্ঞানী এনরিকো ফার্মির নামে ,হলো অতীব অদ্ভুত কণিকা যা একটি আর একটির সাথে কোনো ভাবেই এক জায়গায় থাকে না। একটা অন্যটার থেকে আলাদা ,কাজ কারবার ও আলাদা। এই বোসন এর কাজকারবার কে বিশ্লেষণ করে বোস -আইনস্টাইন এর থিওরি। আবার ওই ফার্মিওন কে ব্যাখ্যা দেওয়ার জন্য পল ডিরাক এর ফার্মি ডিরাক স্ট্যাটিস্টিক্স থিওরি লাগে।

সত্যেন বসুর এই বোসন এর অবস্থান না থাকলে পদার্থের ওই অবস্থা কে প্রমান করার কেউ ছিলেন না। দুর্ভাগ্য তিনি নোবেল পান নি। তাতে তার বিন্দুমাত্র কিছু আসে না। তবে দুঃখ হলো তার সময়ে এই বোসন এর অবস্থান কে দেখানোর প্রযুক্তি না থাকায় এর হাতেকলমে প্রয়োগ দেখে যেতে পারেন নি। তাদের মানে বোস এবং আইনস্টাইন এর থিওরি ছিল পরমাণুর তাপ কমিয়ে আনলে তাদের অবস্থান কাছাকাছি হয়ে যায়। গতি কমে আসে ,ওই বোসন এর অবস্থান পাওয়া যায়। এর জন্য মানুষ কে অপেক্ষা করতে হয়েছে ১৯৯৫ পর্যন্ত। একটি চুম্বকীয় আবর্তের মধ্যে বাষ্পীয়করন করে আনার পর ওই ফার্মিওন ধরনের পরমাণু বেরিয়ে আসে আর পড়ে থাকে বোসন ধাঁচের কণিকা গুলো।

এখন শুরুতে বলেছিলাম , আইনস্টাইন এর নোবেল পাওয়া নিয়ে , ওটা ছিল ফটো ইলেকট্রিক এফেক্ট এর উপর পাওয়া। এই বিষয়টি বড্ড মজার। আলো কিন্তু ওই ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের তত্বের অনুযায়ী ব্যাখ্যা করেন আইনস্টাইন। সরল ভাবে আলোর ঢেউ আছে বা ওয়েব। এই ওয়েব এর শক্তি বেশি হলে অল্প আলো যা কাজ করে তা বেশি আলোর (কম কম্পাঙ্কের ) তা করা সম্ভব হয় না। এই ছিল আইনস্টাইন এর নোবেল পাওয়ার মূল বিষয়। মনে রাখবেন , আলো একপ্রকার কনা আবার এর তরঙ্গ রূপের বৈশিষ্ট ও আছে।

এবার নেবো পরমাণুর ভিতরে , হু হু , বিষয়ে যাচ্ছি। মনোযোগ দিন !  বিজ্ঞানীরা প্রত্যেক পদার্থের একটা নির্দিষ্ট নাম্বার স্থির করেছেন। এটমিক নাম্বার বলতে পারেন। প্যাচানো মনে হচ্ছে ? আর একটু সরল করি ? আমাদের কোনো কিছু কে ভাঙলে একদম শেষে কি পাই ? হ্যা পরমাণু। ওটাকে ভাঙলে ? ইলেক্ট্রন ,প্রোটন আর নিউট্রন। (এর বেশি আপাততঃ ভাঙ্গাভাঙ্গি করলাম না ) এখন মজার হলো কোনো পদার্থের ইলেক্ট্রন আর প্রোটন সমান সংখ্যার হয় (সাধারণত ) , জটিলতা দূর করতে এই হিসাবকে প্রোটনের সংখ্যা হিসাবে ভাবি ,তা হলে দেখবেন সব পদার্থের ওই পারমাণবিক অংশে নির্দিষ্ট প্রোটন আছে। মজার হলো , প্রোটন আর নিউট্রন এর আকার এর সাথে ইলেক্ট্রনের আকারের হিসাব করলে তুলনা হয়ে যাবে মশার সাথে ডায়নোসরের। এই অবস্থানের উপর ধারনা এনে দিয়েছিলেন বিজ্ঞানী রাদারফোর্ড।তিনি একটা মজার পরীক্ষা করেন। বোলিং এর খেলার একটি রূপক দিচ্ছি (একটা ভিডিও ও দেওয়া হলো এই ধারণাটা আরো ভালো করে বোঝানোর জন্য ) , ধরুন আপনি একের পর এক বল গড়িয়ে দিচ্ছেন , বোলিং এর রাস্তায় কয়েকটা বাধা আছে যা আপনি দেখতে পারছেন না ,এখন এই বাধার মধ্যে লেগে কিছু বল তার গতিপথ থেকে সরে যাচ্ছে ,কিছু বাধা না পেয়ে সোজা চলে যাচ্ছে আবার কিছু ফিরে আসছে। এই খেলাটা উনি খেলেন পরমাণুর মধ্যে দিয়ে খেললেন , আর এর জন্য একটা সোনার মধ্যে দিয়ে হিলিয়াম এর বিশেষ অবস্থা মানে আল্ফ়া কণিকা কে পাঠালেন। দেখা গেল অধিকাংশ কণিকা এফোঁড় ওফোঁড় হয়ে গেলো ,কিছু ফিরে এলো আর কিছু ডানে বাঁয়ে গেল। এর থেকে তিনি প্রমান করলেন যে পরমাণুর ভিতরটা বেশ ফাঁকা একটা গড়ের মাঠ যার মধ্যে এক জায়গায় গাদাগাদি করে আছে নিউট্রন আর প্রোটন। ইলেক্ট্রন ঘুরে বেড়াচ্ছে চারপাশে। হিলিয়াম কে বেছে নেওয়ার কারণ এর পরমাণুর বৈশিষ্ট। এর মধ্যে ২টো করে ইলেক্ট্রন ,প্রোটন আর নিউট্রন আছে। এর দুখানা ইলেক্ট্রন  সরিয়ে দিলে ওটি আল্ফ়া কণিকা হয়ে যায়। এর বেশি জানানোর কাজ শুরু করলে , রাত শেষ হয়ে যাবে ! যাই হোক বিষয়ে আসি। রাদারফোর্ড এই পরমাণুর ভিতরের বৈশিষ্ট্যকে সৌরজগতের সাথে তুলনা করলেন। কিন্তু বিজ্ঞান এবং এর চর্চা করা লোকগুলো উভয়েই বড্ড ঠ্যাঠা ,কথা উঠলো এই সৌর জগতের হিসাবেই যদি হয় তা হলে ওই ইলেক্ট্রন এর এই অনবরত দৌড় তো বন্ধ হওয়ার কথা কারণ তার তেল মানে এই দৌড়ের ইন্ধন যোগায় কে ? আর দৌড় কমতে থাকলে তো এক সময় ওই ইলেক্ট্রনের সাথে প্রোটন আর নিউট্রনের সংঘর্ষ অসম্ভাবী। তবে ? হে হে ,এই খানেই আসিতেছে কোয়ান্টাম থিওরি !

নিলস বোর যিনি পদার্থবিদ্যার আর এক পথিকৃৎ (পরমাণু শক্তির কথা বললেই যার কথা মনে আসে ) এর ব্যাখ্যা দিলেন। এই ইলেক্ট্রনের পদার্থভেদে শক্তির সীমাবদ্ধতা আছে এবং মোক্ষম জিনিস বের করলেন ,এই ইলেক্ট্রন একটি নির্দিষ্ট স্তরে থাকে ,অবশ্যই তার স্তর পরিবর্তন হয় মানে ওঠে বা নামে শক্তির গ্রহণ বা ছেড়ে দেওয়ার উপর। তবে এই শক্তির পরিমান স্তর ভেদে নির্দিষ্ট ,অসীম না। এই শক্তি বৃদ্ধি হয় ইলেক্ট্রনের উপর আলোর ধাক্কা দিয়ে। হ্যা ওই আলোর বিষয়ে আগে বলেছিলাম ,আলোর এই গুণাবলী ও বড় দারুন।আলোর নির্দিষ্ট মাত্রাকে এই ইলেক্ট্রন গ্রহণ করে তার উপরের স্তরে যেতে মানে একগাদা শক্তি নেয় না ,যতটুকু দরকার ঠিক ততটুকুই নিয়ে পরের স্তরে যায় আবার প্রয়োজনে শক্তিকে আলোর রূপে ফেরত দিয়ে নিচের স্তরে ফেরত ও যায়। শক্তির এই গ্রহণ কে absorption বলা হয়। আবার আলোর রঙের ভিত্তিতে শক্তির তারতম্য আছে। লাল রং সবচেয়ে কম জোরের (হে হে , বাস্তবিক তাই দেখতে পাই !) এর থেকে শক্তিশালী কমলা আর তার থেকে একটু বেশি শক্তিশালী সবুজ আর হলুদ। সবচেয়ে শক্তি বেশি নীল বা বেগুনির। আবার বস্তু মানে পদার্থভেদে এই ইলেক্ট্রনের স্তরের মাপ এক একেক রকম। হাইড্রোজেনের ইলেক্ট্রনের স্তর আর নাইট্রোজেনের স্তর এক না। বিজ্ঞানীরা এই নানা রঙের আলো আমাদের পরিচিত পদার্থের উপর ফেলে দেখলেন এক একটা নির্দিষ্ট আলোর absorb করছে। এর ভিত্তিতে একটা Absorption Spectra মানে ম্যাপ করলেন। একই ভাবে আলো ফেরত দেওয়ার হিসাব ও আলাদা আলাদা তাই ওটার উপর করলেন emission spectra । প্রত্যেকটা পদার্থের এই বিষয়টা একদম নিজস্ব ,এর ফলে গড়ে উঠলো এক নতুন ম্যাপ যা দিয়ে প্রত্যেক পদার্থকে আমরা আলাদা করতে পারি। এই স্তরের কারণ হলো ইলেক্ট্রনের এবং আলোর একটা ঢেউ এর মতো অবস্থান। এই তত্ব দেন ফরাসি বিজ্ঞানী লুই ব্রগলি যা নিলস বোর কে নিজের থিওরির ফাঁক গুলো মেলাতে সাহায্য করেছিল। অর্থাৎ এই নানান স্তরের ইলেক্ট্রনের থাকার বিষয়টা। আর ইলেক্ট্রনের ঢেউ এর ধর্মের প্রমান করেন বিজ্ঞানী টমসন।

কোয়ান্টাম এর মূল ক্যাচাল : ইলেক্ট্রন এর অবস্থান সুকুমার রায় এর গেছোদাদার মতো

এই ছোট্ট পরমাণুতে ওই ইলেক্ট্রন থাকে কোথায় ওটাই বোঝার কোনো স্থির উপায় নেই। এতেই আইনস্টাইন ক্ষুব্ধ এবং বিরক্ত হন। অনিশ্চয়তা কে ক্লাসিকাল পদার্থবিজ্ঞানীরা মেনে নিতে পারেন নি। আর ঐখানেই সমস্যা। ওই সময়ের কোয়ান্টাম বিদ্যার পন্ডিতরা ছিলেন খুব অল্প বয়স্ক তাদের মধ্যে যোগ হলেন এক চল্লিশোর্ধ আরভিন শ্রোয়ডিঙার। তিনি এই সম্ভাবনার একটি গাণিতিক সংজ্ঞা দিলেন। বেঁধে ফেললেন এর মাপ কে।
এই সমীকরণ এর ছবি দেওয়া হয়েছে। ওই সমীকরণের মূল জিনিস হলো ‘সাই ‘ বা গ্রিক ত্রিশূল চিহ্নের মতো বস্তুটি।

এর প্রতীকী বিষয় হলো আরভিন শ্রোয়ডিঙার সেই বিড়াল এর গল্পটি। মনে রাখবেন ওই গল্পটি কিন্তু গল্পই , ওতে উনি কল্পনা করেন একটি বাক্স যার ভিতরে একটি বেড়াল আছে আর আছে একটি পটাসিয়াম সায়ানাইড এর ছুঁচ , বেড়ালটির নড়াচড়ার উপর এই ছুঁচ লাগলেই ওটার মৃত্যু হতে পারে আবার না ও হতে পারে। এই সম্ভাবনার উপর সমীকরণটি রচনা করেন ওই হতে পারে কে সাই এর ত্রিশূলে রেখে। এর পরের পর্বে আসবে ওই কণাগুলোর এই রহস্যজনক অবস্থান এর উপর আরো কিছু বিবরণ নিয়ে। একটা প্যাচ মানে চমক এর কথা বলে যাই ,ঐগুলো বিভিন্ন মাত্রায় থাকে অর্থাৎ হে হে , সেই সময়ের অতীত -বর্তমান -ভবিষ্যৎ এর বিচরণ আমাদের বর্তমান বিদ্যার মাধ্যমে এখনো প্রায় পুরোটাই অজানা। তবে আমরা ওটা ব্যবহার করতে পারি।

এর উপর আলোচনা মানে সমীকরণ আর বাকি লেখার উপর জানাবো সামনের সপ্তাহে। এর সাথে থাকতে পারে (থাকলেও ) রোহিঙ্গা নিয়ে কিছু আজেবাজে লেখা। ইহা শ্রোয়ডিঙার এর বেড়াল এর মতো। আসতে ও পারে আবার হে হে  …..ট্যাকাটুকা তো একটা ও দেন না !

সবাইকে ধন্যবাদ !

তথ্যসূত্র :
তথ্যসূত্র আরো ৬০ টি দিতে পারতাম কিন্তু আপাততঃ এই কটাই থাক  :

১. https://www.livescience.com/33816-quantum-mechanics-explanation.html
২. https://www.forbes.com/sites/chadorzel/2015/07/08/six-things-everyone-should-know-about-quantum-physics/#638938487d46
৩. https://www.pbs.org/transistor/science/info/quantum.html
৪. https://www.youtube.com/watch?v=KtL8d1yYJJ4  এটা প্রথমে দেখুন , একটা প্রাথমিক ধারণা হবে।
৫. https://www.youtube.com/watch?v=CBrsWPCp_rs  সময় নিয়ে দেখুন , ক্যাচালের মধ্যে না।
৬. http://www.bbc.com/earth/story/20170215-the-strange-link-between-the-human-mind-and-quantum-physics মাথায় প্যাচ লাগলে আমার দায়িত্ব নেই ! অনেক রহস্য ! অনেক ! পড়ুন এবং জানুন !
`