কণাজগতেও মহাকর্ষ

আমাদের সামনে যে বস্তুজগৎ তার বৃহত্তম রূপ হলো মহাবিশ্ব আর ক্ষুদ্রতম হলো পার্টিকেলস বা কণা জগৎ। এই দুই বস্তু জগতের মধ্যে পার্থক্য যত বড়ই হোক মিলের বিষয়টি বিবেচনা করলে রীতিমত অবাক হতে হয়। দু'টি জগতের মধ্যে পার্থক্য যত বড়ই হোক মিলের বিষয়টি বিবেচনা করলে রীতিমত অবাক হতে হয়। দুটি জগতের মধ্যেই রয়েছে অত্যন্ত সুসমন্বিত অবস্থা এবং অবিশ্বাস্য মিল। মিলের মধ্যে অন্যতম হলো মহাকর্ষ বল।

মহাবিশ্বের প্রতিটি বস্তু যেমন একে অন্যকে টানে এক অদৃশ্য বলে তেমনি ক্ষুদে কণাজগতের বস্তুরাও একে অন্যকেও বেঁধে রেখেছে সেই অদৃশ্য বলের সহায়তায়। খুব সহজ উদাহরণ হিসাবে আমরা সবাই জানি পৃথিবী আর চাঁদ পরস্পরকে এক রহস্যময় শক্তিতে টানে। সেই শক্তি আর কিছুই নয়, মহাকর্ষ বল। একে মধ্যাকর্ষণ এবং অভিকর্ষ বলও বলা হয়ে থাকে। বহু বছর ধরে প্রচলিত এই অভিকর্ষ সূত্রের আবিষ্কর্তা মহাবিজ্ঞানী নিউটন সেসময়ে গাণিতিকভাবে প্রমাণ করেছিলেন এই শক্তির অস্তিত্ব। সে সময় তিনি এও বলেছিলেন, মহাবিশ্বে এ সূত্র যেমন কার্যকরী তেমনি তা প্রযোজ্য হবে পৃথিবীর প্রতিটি বস্তু বা পদার্থের ক্ষেত্রেও।

সেই থেকে বিজ্ঞানীরা ধারণা করতেন, পদার্থের ক্ষেত্রে মধ্যাকর্ষণ শক্তি কার্যকরী হলে সেটিতো একইভাবে কার্যকর হওয়ার কথা পদার্থের ক্ষুদ্রতম উপাদান অণু এমনকি অণু যাদের নিয়ে গঠিত সেই পরমাণুগুলোর ক্ষেত্রেও। বিশ শতকের তৃতীয় দশকে সেই পরমাণুকেও বিভাজিত করে এর ভেতরে ইলেকট্রন, প্রোটন ও নিউট্রনের অস্তিত্ব শনাক্ত করেছিলেন বিজ্ঞানী রাদারফোর্ড। ফলে পরমাণুর ভেতরের এই উপাদানগুলো নিয়ে এখন আর কোনো রহস্য নেই। তবে যেটা অজানা ছিল সেটা হলো গাণিতিকভাবে নিউটনের সেই স্বতঃসিদ্ধ তথ্যের প্রায়োগিক উদাহরণের।পরমাণুর ক্ষুদ্রতম রূপ কণাদের ওপর আসলেই মধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাব কতোটা? নিউটনের সূত্রানুসারে, বহির্বিশ্বে মধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাব প্রকট, কিন্তু অতি আণুবীক্ষণিক উপাদান পরমাণুর ভেতরে সেটি কিভাবে কাজ করে? মহাবিশ্বের বৃহৎ উপাদান সূর্য, পৃথিবী, চাঁদ-গ্রহ, তারাগুলো আন্তঃগ্রহ বা আন্তঃতারাম-লে বেগ ও অবস্থান অনুসারে যেভাবে পরস্পরের প্রতি টান বা আকর্ষণ অনুভব করে কোয়ান্টাম ফিজিক্সের আণুবীক্ষণিক উপাদানগুলোর ক্ষেত্রেও কি সেটা প্রায়োগিকভাবে সম্ভব? এ নিয়ে কয়েক দশক ধরে বিস্তর পরীক্ষা-নিরীক্ষা চালাচ্ছেন গবেষকরা। কিন্তু, কাঙ্ক্ষিত ফলাফল পাওয়া যায়নি এতোদিন। খুব সম্প্রতি সেটা আবিষ্কার করেছেন 'ইনস্টিটিউট লু ল্যাঙ্গেভিন' (আইএলএল)-এর একদল গবেষক। গেল সপ্তায় 'নেচার ফিজিক্স' নামে একটি পত্রিকার প্রতিবেদনে প্রকাশিত হয়েছে এই তথ্য। গবেষকরা জানান, রীতিমত পরমাণুকে ভেঙে এর অন্তস্থ উপাদানগুলো নিয়ে গবেষণা করে তারা দেখতে পেয়েছেন, পরমাণুর গাঠনিক উপাদান নিউট্রন দিতে পারে স্বাভাবিকের চেয়ে বেশি মাত্রার আণুবীক্ষণিক মধ্যাকর্ষজ ইশারা। এমনকি কৃষ্ণ বস্তুর (উধৎশ গধঃঃবৎ) মধ্যেও তার প্রমাণ পাওয়া সম্ভব। এই গবেষণার মাধ্যমে এই ধারণাই প্রমাণ হয়, ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র গহ্বরের ভেতরে থাকা খুব ধীরে নড়াচড়া করা নিউট্রনও অতি সূক্ষ্ম পরিমাণ মধ্যাকর্ষণ শক্তি অনুভব করতে পারে। নিউট্রন কিভাবে এক কোয়ান্টাম স্টেট বা অবস্থা থেকে আরেকটিতে লাফিয়ে লাফিয়ে চলে তার একটি বর্ণনাও আছে প্রকাশিত প্রতিবেদনটিতে। তারা দাবি করেছেন, নিউট্রনের এরকম 'কোয়ান্টাম জাম্প' নিউটনের মধ্যাকর্ষ সূত্রটিকে স্পষ্টভাবে প্রমাণ করে। এমনকি পূর্ব দৃষ্টান্ত না থাকলেও সূত্রটির শুদ্ধতা নিয়ে কোন প্রশ্ন তোলার সুযোগ নেই। এ গবেষণার জন্য পরমাণু, আলোর কণা বা ফোটন, অণু, এমনকি এর চেয়েও বড় দৃশ্যমান পদার্থ নিয়ে একাধিক নিরীক্ষা করা হয়। এগুলোকে কোয়ান্টাম বলা হয় কারণ, প্রতিটি নির্দিষ্ট আকারেই এটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি ধারণ করে নিজেদের একটি করে রাজ্য গড়ে তোলে। প্রসঙ্গত ২০০২ সালে মাধ্যাকর্ষের কোয়ান্টাম আচরণ বিষয়ে মোটামুটি ধারণা পাওয়া সম্ভব হয়েছিল। নিউট্রনের আচরণ নিয়ে গবেষণার জন্য প্রথমে পারমাণবিক চুলি্লতে এদের বিভাজিত করা হয় এবং পদার্থের ভেতরে তাদের চলনের যে গতি থাকে মডারেটরের সাহায্যে তার থেকেও অনেক কম গতিতে এদের চলাচল নির্ধারিত করে দেয়া হয়। ইলেকট্রনগুলোকে সংরক্ষণের পর কোয়ান্টাম পরীক্ষার জন্য এগুলোর গতি নির্দিষ্ট করে দেয়া হয় মোটামুটি প্রতি সেকেন্ডে পাঁচ মিটার পর্যন্ত। এসময়ে এগুলোকে বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ চার্জ সম্পন্ন রেখে সব ধরনের গতি ও শক্তির প্রভাব থেকে দূরে রাখা হয়। দুটো সমান্তরাল প্লেটে নিউট্রনগুলোকে রেখে প্লেটগুলো একটার ওপরে আরেকটি হিসেবে সাজানো হয় এবং দু'প্লেটের মধ্যবর্তী দূরত্ব থাকে মাত্র ২৫ মাইক্রোমিটার যা মানুষের একটি চুলের প্রস্থের অর্ধেক। প্রথম প্লেট নিউট্রনগুলোকে শোষণ করে, দ্বিতীয় প্লেট তাদের প্রতিফলিত করে। যখন প্লেট দু'টি পরস্পরকে অতিক্রম করে তখন নিউট্রনগুলো একটি আর্ক বা বক্ররেখা তৈরি করে, যা দেখলে মনে হবে কেউ যেন্ একটি বল ওপর থেকে ছুড়ে ফেলেছে। সাধারণভাবে একটি বল বা যে কোন বস্তু ওপর থেকে নিচে নেমে আসে মধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাবে। নিউট্রনের এই আচরণ তারই ইঙ্গিত বলে গবেষকরা নিশ্চিত হয়েছেন।কোয়ান্টাম রহস্যকোয়ান্টাম মানে কণা জগৎ। আরো স্পষ্ট করে বললে একক কণার বিষয় আসয়। এ এক বিপুল রহস্য জগৎ। কোয়ান্টাম ম্যাকানিক্স এমন একটি ব্যবস্থা যার কল্যাণে যে কোনো বস্তু দু'ধরনের চরিত্রের অধিকারী হতে পারে। বস্তু কণা রূপেও থাকতে পারে আবার তরঙ্গ রূপেও বিরাজ করতে পারে। শুধু কি তাই? কোয়ান্টাম বস্তু একই সময়ে দুটো ভিন্ন স্তর বা পর্যায়েও থাকতে পারে। রহস্য আরো আছে। মানুষ হিসেবে আপনি যখন অফিসে কাজ করেন, বাসায় কিন্তু তখন আপনার উপস্থিতি থাকে না। একজন মানুষের পক্ষে একই সঙ্গে বাসা বা অফিসে সশরীরে উপস্থিত থাকা কখনোই সম্ভব নয়। এমনটা অবশ্য হতে পারে আপনি অফিস করছেন, কিন্তু আপনার মন পড়ে রইলো বাসায়। এমন অদ্ভুত ঘটনা কিন্তু বাস্তবে ঘটে কোয়ান্টাম জগতে। ক্লাসিক্যাল জগতের বস্তুরা একই সঙ্গে দুটো আলাদা অবস্থানে থাকতে না পারলেও কোয়ান্টাম জগতের বস্তুরা কিন্তু একই সময়ে সম্পূর্ণ দুটো ভিন্ন জগতে অবস্থান করতে পারে। আষাঢ়ে গল্পের মতো শোনালেও বিজ্ঞানীরা কিন্তু হাতে কলমে এটা প্রমাণ করে দিয়েছেন। এই ধরনের পরীক্ষার জন্য লাগবে দুটো সিস্নট, লেজার আর বিশেষ ধরনের ক্যামেরা। আমরা জানি আলো হলো ফোটন কণার তরঙ্গ বা ঢেউ। লেজার গান থেকে এই ফোটন তরঙ্গ জোড়া হলে দেখা যাবে সামনে রাখা দুটো সিস্নটের মধ্য দিয়ে একটি ফোটন কণা একই সময়ে ছুটে যাবে। একই সঙ্গে তা দু'ধরনের প্যাটার্নও তৈরি করবে। পদার্থ বিজ্ঞান কিংবা কোয়ান্টাম মেকানিক্স অনুযায়ী এটা ধ্রুব সত্য যে একটি ফোটনকে কখনোই ভাঙা সম্ভব নয়। কিন্তু কি জাদু বলে সেই ফোটন কণা একই সময়ে এবং একই সঙ্গে দুটো ভিন্ন জগতে বা অবস্থানে বিরাজমান থাকতে পারে। বিষয়টি ভীষণ উত্তেজনাময় ও অবিশ্বাস্য নয়।কোয়ান্টাম বস্তুদের এই বিস্ময়কর গুণকে কাজে লাগিয়ে আমাদের বর্তমান ক্লাসিক্যাল জগৎটার চেহারাই বদলে দেয়া যায়। সে প্রচেষ্টা এরই মধ্যে শুরু হয়ে গেছে। ব্যবহারিক ক্ষেত্রে বস্তুর এই গুণকে কাজে লাগাতে হলে বৃহৎ পরিসরে কাজ করতে হবে। কিন্তু কোয়ান্টাম হলো খুবই ক্ষুদে, যাকে বলা যায় একেবারে আণুবীক্ষণিক জগৎ। তবে আশার কথা হলো বহু চেষ্টার ফলে বিজ্ঞানীরা বড় বস্তুর মধ্যেও কোয়ান্টাম পর্যায় সৃষ্টি করতে পেরেছেন। যে বস্তুর সাহায্যে এই অবিশ্বাস্য কা-টা বিজ্ঞানীরা ঘটিয়েছেন সেটা আকার আকৃতিতে প্রকৃত কোয়ান্টাম বস্তুর চেয়ে কয়েকশ' কোটি গুণ বড়। এই সাফল্যের পথ ধরে বিজ্ঞানীদের স্বপ্নের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ব্যবস্থায় পেঁৗছে যাওয়া যাবে বলে আশা করা হচ্ছে। কোয়ান্টাম ম্যাকানিক্সের অনেক স্তম্ভের মধ্যে একটি স্তম্ভ হলো এই ধারণা_ যেখানে বলা হয়েছে বস্তু শক্তি শোষণ ও বিচ্ছুরণ ঘটায় খুব ক্ষুদে একটি প্যাকেটস বা বিন্দু থেকে। যাকে কোয়ান্টামের ভাষায় বলা হয় কোয়ান্টা। শক্তি শোষণ ও বিচ্ছুরণের বিষয়টা পর্যবেক্ষণ করা যায় রঙিন গ্লাসের মাধ্যমে। আলো ফোটন কণার সমষ্টি যাকে আলোক শক্তির প্যাকেটস বলা যায়। আর বিশেষ ধরনের গ্লাস বা কাঁচ নির্দিষ্ট কিছু রঙের আলো শোষণ করতে পারে। তাই রঙিন চশমা বা সানগ্লাস পরলেই চোখে এসে পড়া আলোর তীব্রতা কমে যায়। তখন আমরা শুধু সেই আলোটাই দেখতে পাই যেটা কাচ শোষণ করেনি। একই সঙ্গে আলোর এই যে শোষণ ও বিচ্ছুরণের দুটো ভিন্ন ভিন্ন অবস্থান একেই কোয়ান্টাম স্টেট বা পর্যায় বলা হয়।বিজ্ঞানীরা বলছেন প্রতিটি অণুর নিজস্ব একটি পরিবেশ আছে। সেই পরিবেশে সে কিছু শক্তি সঞ্চয় করে রাখে। ভীষণ ঠা-া একটা অবস্থায় ফেলে দিয়ে সেই পরিবেশে বিঘ্ন ঘটালে ওই অণুর শক্তিটা নিংড়ে নেয়া সম্ভব। ফলে ওই অণুটি "কোয়ান্টাম প্রাউন্ড স্টেট"-এ পেঁৗছে যাবে। এটা বস্তুর এমন এক অবস্থা যেখানে তার মধ্য থেকে আর কোনো শক্তির যোগান পাওয়া যাবে না। কোয়ান্টাম গ্রাউন্ড জিরোতে চলে যাওয়া অণুর মধ্যে এরপর যদি কোনোভাবে ঠিক এক কোয়ান্টাম শক্তি ফিরিয়ে দেয়া হয় তাহলে সেই অণু একই সঙ্গে দু'টি পর্যায়ে অবস্থানের চরিত্র লাভ করবে। একে বলা হয় সুপার পজিশন অব স্টেটস। এই স্তরে পেঁৗছে যাওয়া অণু পরীক্ষা করে তার শক্তি মাত্রার দু'ধরনের রিভিং পাওয়া যেতে পারে। হয় তা এক কোয়ান্টা হবে নয়তো জিরো বা শূন্য হবে। অণুর মধ্যে এই দু'পর্যায়ের শক্তিই কিন্তু থাকতে দেখা যায়। বস্তুর এই সুপারপজিশন স্টেটকে কাজে লাগিয়ে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ব্যবস্থা গড়ার স্বপ্ন মানুষের অনেক দিনের। এই কম্পিউটার হবে প্রচলিত কম্পিউটারের চেয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী। কিন্তু শুধু ইচ্ছে থাকলেই তো হবে না। একটি অণুকে সুপার পজিশনে নেয়ার চেয়ে বড় বস্তুকে একই অবস্থায় নেয়াটা তুলনামূলকভাবে অনেক বেশি জটিল। ঠিক এ জায়গাতে এসেই একটি প্রশ্ন বড় হয়ে দেখা দেয়। প্রশ্নটা হলো কোয়ান্টাম ওয়ার্ল্ড আর ক্লাসিক্যাল ওয়ার্ল্ডের মধ্যে বিভাজন লাইনটা ঠিক কোথায়? এ বিষয়ে সান্টা বারবারার ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষক অ্যান্ড্রু ক্লিল্যান্ড বলেছেন, এটা নিশ্চিত আমাদের বাস্তব বিশ্বে কোনো বস্তু একই সঙ্গে দুটো স্থানে অবস্থান করতে পারে না। কিন্তু পদার্থ বিজ্ঞানের মৌলিক সূত্র বলছে, কোনো বস্তুর একই সময়ে দু'অবস্থানে থাকা খুবই সম্ভব। আর এই তত্ত্ব প্রমাণ করে একটি বড় বস্তুকে সুপারপজিশন স্টেটে নিয়ে যেতে সক্ষম হয়েছেন ক্লিল্যান্ড ও তার সহকর্মীরা। তারা পিজোইলেকট্রিক বস্তুকে এ গবেষণায় ব্যবহার করেছেন। এটি বেহালার তারের মতো একটি বস্তু। প্রায় তিন বছরের প্রচেষ্টায় তারা এখন একটি ইলেকট্রিক সার্কিট তৈরি করেছেন যার সাহায্যে ঠিক এক কোয়ান্টাম বিদ্যুৎ শক্তি ওই বস্তুতে সরবরাহ করা সম্ভব হয়েছে। এরপর পুরো সিস্টেমটাকেই হিমাঙ্কের ১ হাজার ডিগ্রি নিচের তাপমাত্রায় শীতল করেন বিজ্ঞানীরা। এর ফলে পিজোইলেকট্রিক বস্তুটি কোয়ান্টাম গ্রাউন্ড স্টেটে পেঁৗছে যায়। গবেষণার এই সাফল্য থেকে প্রমাণ হয়েছে কোয়ান্টাম ও ক্লাসিক্যাল ওয়ার্ল্ডের বিভাজন রেখাটি বর্তমানে এক থেকে ৬০টি অণুর মধ্যে সীমাবদ্ধ নেই। সেটি এখন ট্রিলিয়ন অণু পর্যন্ত বাড়িয়ে নিতে সক্ষম হয়েছেন।