পদার্থবিজ্ঞানে রেডশিফ্ট...

পদার্থবিজ্ঞানে, রেডশিফ্ট একটি ঘটনা যা একটি বস্তুর ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের (জেমনঃ আলো) তরঙ্গদৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পাওয়া। কোয়ান্টাম তত্ত্ব অনুযায়ী, বিকিরণ দৃশ্যমান অথবা দৃশ্যমান নয়, "রেডশিফ্ট" অর্থ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বৃদ্ধি যথাক্রমে তরঙ্গের ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস পাওয়া ও ফোটন শক্তি হ্রাসের সাপেক্ষে।

ফিরে দেখা কিছু ইতিহাস ,

বেলজিয়ামের একজন রোমান ক্যাথলিক ধর্মপ্রচারক জর্জেস লেমাইট্‌র ১৯২৭ সালে প্রথম স্বাধীনভাবে আইনস্টাইনের ক্ষেত্র সমীকরণ থেকে ফ্রিডম্যান-লেমাইট্‌র-রবার্টসন-ওয়াকার সমীকরণসমূহ উপপাদন করেন। আইনস্টাইন সাধারণ আপেক্ষিকতার জন্য এই ক্ষেত্র সমীকরণসমূহের গোড়াপত্তন করেছিলেন। ফ্রিডম্যান সমীকরণ উপপাদনের পর কুণ্ডলাকার নীহারিকার ক্রম পশ্চাদপসারণের উপর ভিত্তি করে লেমাইট্‌র প্রস্তাব করেন যে, মহাবিশ্ব একটি সুপ্রাচীন পরমাণু থেকে উৎপত্তি লাভ করেছে, যে প্রস্তাব বর্তমানে মহা বিস্ফোরণ নামে পরিচিত। এর দুই বছর পর এডুইন হাবল লেমাইট্‌রের তত্ত্বের সপক্ষে একটি পর্যবেক্ষণমূলক প্রমাণ উপস্থাপন করেন। তিনি আবিষ্কার করেন যে পৃথিবী থেকে দৃশ্যমান ছায়াপথসমূহ থেকে নিঃসৃত আলোর লাল অপসারণ হচ্ছে এবং এই অপসারণ পৃথিবী থেকে তাদের দূরত্বের সমানুপাতিক। অর্থাৎ একটি ছায়াপথ পৃথিবী থেকে যত দূরে তা থেকে নিঃসৃত আলোর বর্ণালীর মধ্যে ততই লাল আলো প্রকট হয়ে উঠছে। এই ঘটনাটি বর্তমানে হাবলের নীতি নামে পরিচিত।

বিশ্বতাত্ত্বিক নীতি অনুসারে মহাবিশ্বকে যখন যথেষ্ট বৃহৎ স্কেলের দূরত্বের সাপেক্ষে দেখা হয় তখন এর কোন নির্দিষ্ট দিক বা বিশিষ্ট দিক ও স্থান পাওয়া যায় না। এই নীতিকে সত্য মেনেই হাবল প্রমাণ করেছিলেন যে মহাবিশ্ব সম্প্রসারিত হচ্ছে। কিন্তু এই তত্ত্ব স্বয়ং আইনস্টাইন কর্তৃক প্রতিষ্ঠিত অসীম এবং অপরিবর্তনীয় বিশ্বের তত্ত্বের সম্পূর্ণ বিরোধী।

দুইটি স্বতন্ত্র সম্ভাবনা রয়েছে। একটি ফ্রেড হয়েলের স্থির অবস্থা নকশা, যা অনুসারে মহাবিশ্ব যখন সম্প্রসারিত শুরু করে তখন এখানে নতুন পদার্থ সৃষ্টি হতে পারে। এই নকশা অনুসারে সময়ের যে কোন বিন্দুতে মহাবিশ্ব একইরকম থাকে। অন্যটি হল লেমাইট্‌রের মহা বিস্ফোরণ তত্ত্ব যা মূলত জর্জ গ্যামো কর্তৃক পূর্ণতা লাভ করেছে। লেমাইট্‌রের এই তত্ত্বটির নাম কিন্তু হয়েলই দিয়েছিলেন। হয়েল ১৯৪৯ সালের ২৮ মার্চ তারিখে বিবিসিতে প্রচারিত থার্ড প্রোগ্রাম নামক অনুষ্ঠানে অনেকটাই শ্লেষের বশে লেমাইট্‌রের এই তত্ত্বটিকে "বিগ ব্যাং" বলে আখ্যায়িত করেন যার দ্বারা একটি বিশাল গণ্ডগোলই বুঝায়। এর পরেও বিভিন্ন অনুষ্ঠানে তাকে এই নামটি ব্যবহার করতে দেখা যায়। বিশেষত ১৯৫০ সালে "বস্তুর ধর্মের" উপর প্রদত্ত পাঁচটি গুরুত্বপূর্ণ বক্তৃতায় লেমাইট্‌রের তত্ত্বকে বোঝানোর জন্য তিনি এই নাম ব্যবহার করেন। বক্তৃতা প্রচারিত হওয়ার এক সপ্তাহের মধ্যেই এর প্রতিটি দ্য লিসেনার পত্রিকায় প্রকাশিত হতো। এই পত্রিকাতেই "বিগ ব্যাং" নামটি প্রথম ছাপার অক্ষরে ব্যবহৃত হয়। হয়েল এবং লেমাইট্‌র কর্তৃক প্রস্তাবিত এই দুটি নকশা ছাড়াও মহাবিশ্বের উৎপত্তি নিয়ে আরো বেশ কিছু নকশা প্রস্তাব করা হয়। এর মধ্যে উল্লেখযোগ্য হচ্ছে মাইন নকশা (Milne model), রিচার্ড টলম্যান কর্তৃক প্রস্তাবিত কম্পনশীল মহাবিশ্বএবং ফ্রিট্‌জ জুইকি প্রস্তাবিত দুর্বল আলো প্রকল্প।

( সুত্রঃ ইতিহাস )

আমাদের এই মহাবিশ্বের কতটুকু আমরা জানি? যদি বলি মহাবিশ্বের মোট পদার্থ-শক্তির ৫ শতাংশেরও কম আমরা জানি তাহলে অনেকেই হয়ত অবাক হবেন। ব্যাপারটা কিন্তু সত্যি। গ্রহ, উপগ্রহ, নক্ষত্র, গ্যালাক্সি, নীহারিকা, কৃষ্ণবিবর (blackhole) সহ যে বিলিয়ন বিলিয়ন সংস্থিতি (structures) হাবল, ভয়েজার সহ পৃথিবীর সব দূরবীক্ষণ যন্ত্রাদির সাহায্যে আমরা সংগ্রহ করেছি, তা মোট মহাবিশ্বের গঠনের মাত্র ৪ শতাংশ। তো সহজেই প্রশ্ন জাগে, বিজ্ঞানীরা কীভাবে জানলেন যে জানা ও দৃশ্যমান জগত মোট মহাবিশ্বের মাত্র ৪ শতাংশের মতো হিসেব দেয়। এই প্রশ্নের উত্তর আর সংশ্লিষ্ট ব্যাপারগুলোর সামান্য ব্যাখ্যা দেয়া আজকের পোষ্টের উদ্দেশ্য। তবে শুরু করার আগে আমরা দেখে নিই নীচের চিত্রটি, যেখানে বর্তমানে বিজ্ঞানীদের ধারণা অনুযায়ী আমাদের মহাবিশ্বের গাঠনিক বন্টন দেখানো হলো।

চিত্র ১. বর্তমানে বিজ্ঞানীদের ধারণা মতে মহাবিশ্বের গাঠনিক সংশ্লেষণ। আমরা কেবল ৩.৬% আন্ত-গ্যালাক্টিক গ্যাস ও ০.৪% নক্ষত্র, গ্রহ, ব্ল্যাকহোল, গ্যালাক্সি ইত্যাদি সম্পর্কে নিশ্চিতভাবে জানি। ৯৬%-ই অজানা অদীপ্ত পদার্থ (dark matter) ও অদীপ্ত শক্তি (dark energy) দিয়ে গঠিত বলে অনুমিত।

সম্প্রসারমান মহাবিশ্ব ও গ্যালাক্সির রহস্যময় অনিয়মিত গতিঃ

১৯২৯ সালে বিজ্ঞানী এডউইন হাবল দূর গ্যলাক্সি থেকে আসা আলোর ডপলার-সরন (Doppler shift or red shift) দেখে বুঝতে পারেন যে মহাবিশ্ব সম্প্রসারণশীল। বর্তমান বিগ-ব্যাং কসমোলজির শুরুটা ওখানেই। হাবলের পরীক্ষা বিজ্ঞানীদের ধারণা দেয় যে, যে গ্যালাক্সি যত দূরে, তা থেকে আসা আলোর লোহিত-সরনও (বা ডপলার-সরন) তত বেশী। এই পর্যবেক্ষণের গূঢ়ার্থ হলো মহাবিশ্ব স্থির নয় (নিউটনীয় ধারণা) বরং সম্প্রসারনশীল। যেহেতু মহাবিশ্ব সম্প্রসারণশীল, গ্যালাক্সিগুলোর পারস্পরিক অপসরণের হার থেকে বিজ্ঞানীরা সময়ের অতীতে গিয়ে হিসেব করে দেখলেন যে এক সময় সমগ্র মহাবিশ্ব একীভূত ছিল ও এক প্রচন্ড মহাবিস্ফোরণের মাধ্যমে (বিগ-ব্যাং) এর যাত্রা শুরু হয়।

 চিত্র ২. দূর গ্যালাক্সি থেকে আসা আলোর (ডানে) লোহিত সরন বলে দেয় মহাবিশ্ব সম্প্রসারণশীল।

বেশ সাম্প্রতিক বিভিন্ন পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে দেখা যাচ্ছে যে মহাবিশ্ব কেবল সম্প্রসারণশীলই নয়, বরং ত্বরণসহ সম্প্রসারণশীল (accelerated expansion)। এর সাথে আরেকটা পর্যবেক্ষণ বিজ্ঞানীদের বিমোহিত করে, তা হলো, গ্যালাক্সির গতি। যেমন নীচের চিত্রে কেন্দ্র থেকে পরিধির দিকে যেতে থাকলে একটা গ্যালাক্সির প্রত্যাশিত ঘূর্ণন গতি কমে আসার কথা (নীল A রেখা)। কিন্ত পর্যবেক্ষণে দেখা যায় যে পরিধির দিককার ঘূর্ণন গতি প্রায় কেন্দ্রের কাছাকাছি (লাল B রেখা)। উপরের এই দুটি ব্যত্যয়ী পর্যবেক্ষণের ব্যাখ্যা হিসেবে উপরিল্লিখিত অদীপ্ত পদার্থ ও অদীপ্ত শক্তির অনুমিতি বৈজ্ঞানিকরা করে থাকেন, অন্যথায় এসব এনোম্যালি ব্যাখ্যা করা দূরুহ হয়ে দাঁড়ায়।

চিত্র ৩. গ্যালাক্সির ঘূর্ণন গতির অস্বাভাবিকত্ব। উপরে একটি স্পাইরাল গ্যালাক্সি। নীচে গ্যালাক্সির কেন্দ্র থেকে পরিধির দিকে যেতে থাকলে যে ঘূর্ণন গতি প্রত্যাশিত (A) ও যে ঘূর্ণন গতি পর্যবেক্ষিত (B)।

অদীপ্ত পদার্থ

চিত্র ৩ এ দেখানো হয়েছে যে গ্যালাক্টিক ঘূর্ণনের ব্যত্যয়, গ্যলাক্সির জানা ভর ও শক্তি দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায়না। পরিধির দিককার এই ব্যাতিক্রমীভাবে বেশী ঘুর্ণনের ব্যাখ্যা দিতে বৈজ্ঞানিকরা বললেন, মোট জানা ভরের চাইতেও গ্যলাক্সিগুলোতে আরো অনেক বেশী অজানা ভর আছে। এই অজানা ভরের বস্ত/পদার্থকে অদীপ্ত পদার্থ বা ডার্ক ম্যাটার বলে সংজ্ঞায়িত করা হলো। বর্তমানের হিসেব অনুসারে মাহাবিশ্বের প্রায় ২২-২৪% ই ডার্ক ম্যাটার নামক উপপ্রমেয়মূলক (hypothetical) সত্তা (entity) দিয়ে তৈরী। এখন প্রশ্ন জাগে, অদীপ্ত বস্তর কোনো প্রমাণ বৈজ্ঞানিকদের কাছে আছে কিনা। যদিও অদীপ্ত পদার্থের হাইপোথ্যটিক্যাল অস্তিত্ব না মানলে গ্যালাক্টিক ঘূর্ণন ও মহাকর্ষীয় আলোক প্রতিসরন (gravitational lensing) ইত্যাদির ব্যাখ্যা করা যায়না; এর অস্তিত্বের সরাসরি প্রমাণ বৈজ্ঞানিকরা পাননি। অতএব অদীপ্ত পদার্থের বৈশিষ্ট/গঠন সম্পর্কে বৈজ্ঞানিকদের ধারণা মূলত অনুমানভিত্তিক। যেমন, বৈজ্ঞানিকরা বলছেন, এই অদীপ্ত পদার্থ, যা মহাবিশ্বের ৮৫-৯০% ভর গঠন করে, তা বিদ্যুত-চৌম্বকীয় বলের (electromagnetic force) সাথে কোনোরকমের প্রতিক্রিয়া দেখায় না। সুতরাং এই ভর নন-ব্যারিয়নিক অদীপ্ত পদার্থ। ব্যারিয়নিক পদার্থ হচ্ছে ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন ইত্যাদি দ্বারা তৈরী সাধারন অনু/পরমাণু নির্ভর পদার্থ যা আমরা প্রতিদিন দেখি। অদীপ্ত পদার্থের অনুমিত ও প্রস্তাবিত গঠন হচ্ছে এ্যক্সিওন, স্টেরাইল নিউট্রিনো ও উইম্প (WIMP) নামক হাইপোথ্যটিক্যাল মৌলিক কণিকা দিয়ে। অদীপ্ত পদার্থ সংজ্ঞাগতভাবে কেবল অদীপ্তই নয় [অদীপ্ত মানে যা কোনো আলো ছড়ায় না; কেননা, বিদ্যুত-চৌম্বকীয় বলের সাথে এদের মিথষ্ক্রিয়া নেই], পুরোপুরি আলোকভেদ্যও (transparent) বটে। এই অদীপ্ত পদার্থের আরেকটা আশ্চর্য অনুমিত গুণ হচ্ছে, মহাকর্ষীয় বল ছাড়া আর কোন রকম ইন্টার-একশান এরা দেখায় না; অর্থাৎ, দুটো অদীপ্ত পদার্থ একে অপরকে অতিক্রম করে যাবে কোনো রকম সংঘর্ষ (collision) ছাড়া।

অদীপ্ত শক্তি

অদীপ্ত শক্তি, অদীপ্ত পদার্থের চেয়েও আরো বিস্ময়কর, যার অনুমিতি ত্বরণসহ মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের ব্যাখ্যার জন্যে অপরিহার্য। এই অদীপ্ত শক্তিই, যার সম্পর্কে বৈজ্ঞানিকদের সবচেয়ে কম ধারণা আছে, তা মহাবিশ্বের পদার্থ-শক্তির ৭৪-শতাংশের মতো গঠন করে। অদীপ্ত শক্তির ধরণ বর্তমানে প্রায় পুরোপুরিই অনুমান নির্ভর। এটি পুরো মহাবিশ্ব জুড়ে প্রায় সমঘণত্বে (homogeneous) বিরাজমান বলে অনুমিত; আর, মহাকর্ষ ছাড়া অন্য কোনো মৌলিক বলের সাথে প্রতিক্রিয়াহীণ (non-interactive)। যেহেতু এই অদীপ্ত শক্তি প্রায় সমঘনত্বে বিরাজমান (১০^-২৯ গ্রাম/সিসি), এত অল্প ঘণত্বের শক্তির প্রমাণকল্পে পরীক্ষাগারে কোনো বৈজ্ঞানিক পরীক্ষা তৈরীও প্রায় অসম্ভব।

শেষ কথা,

উপরে আমরা দেখলাম যে আমাদের মহাবিশ্বের মোট গঠনের ৯৬%-ই আমাদের অজানা পদার্থ ও শক্তি দিয়ে তৈরী বলে অন্তত বর্তমানে বৈজ্ঞানিক মহলে প্রতিষ্ঠিত। অজানাকে জানাই কিন্ত বিজ্ঞানের লক্ষ্য। সেই অর্থে গ্যালাক্টিক ঘূর্ণনের মান ও মহাবিশ্বের ত্বরণসহ সম্প্রসারনের কারণ ব্যাখ্যা করতে গিয়ে এই ৯৬ শতাংশের অনুমিতি বৈজ্ঞানিকরা এনেছেন। সম্প্রসারণশীল মহাবিশ্বের সময়ের বিপরীতে প্রক্ষেপণ স্বভাবতই বিগ-ব্যাং তত্ত্বের দিকে আমাদের নিয়ে যায়। এর সাথে পদার্থবিদ্যার অনেক অমিংমাসিত সমস্যার জবাবকল্পে প্রতিনিয়ত প্রস্তাবিত হচ্ছে ‘সবকিছুর তত্ত্ব’ (Theory of Everything)। সাম্প্রতিককালে স্ট্রিং-তত্ত্ব পদার্থবিদ্যার অনেক অমিংমাসিত সমস্যার জবাব দিতে সক্ষম বলে একে সবকিছুর তত্ত্ব হিসেবে দেখার শক্ত কারণ আছে বলে মনে করা হয়। হালে স্টিফেন হকিং তার গ্র্যান্ড ডিজাইন বইতে এম-তত্ত্বের (স্ট্রিং-তত্ত্ব থেকে উদ্ভুত) সবকিছুর তত্ত্ব হবার অপার সম্ভবনা আছে বলে আশাবাদ জানিয়েছেন। কিন্ত আমাদের জানতে ও বুঝতে হবে যে, বিজ্ঞান এখানেই থেমে থাকবেনা। ১২ বছর আগেও অদীপ্ত শক্তির পক্ষে শক্ত যুক্তি বৈজ্ঞানিক মহলে ছিলোনা। বর্তমানে সেই শক্তি মহাবিশ্বের পদার্থ-শক্তির হিসেবের ৭৪-শতাংশ দখল করে নিয়েছে। নিশ্চয়ই, মহাবিশ্বের মডেল দিনে দিনে আরো উন্মোচিত হবে, পরিশীলিত হবে, আর বিজ্ঞানই তা করবে। এই আপাত ৯৬ শতাংশ অজানা পদার্থ-শক্তির সঠিক গঠন ও বৈশিষ্ট অবশ্যই ইনশাল্লাহ একদিন মানুষ জানবে। এর জানার পরে নিশ্চয়ই বর্তমানের এম-তত্ত্ব, কোয়ান্টাম ফ্লাকচুয়েশন ও ইনফ্লেশন থিওরীর পরিবর্তন/পরিবর্ধন/পরিশীলন ঘটবে। তাই মহাবিশ্বের গঠন তত্ত্ব উন্মোচনের এই ঊষালগ্নেই ‘অতি-অভিলাষী কল্পিত বৈজ্ঞানিক গদার আঘাতে’বিশ্বাসীদের মস্তক চূর্ণ বলে ‘সুনিশ্চিত সর্বশেষ ফতোয়া’ জারী বোধকরি সমীচিন নয়।