মহাশূন্যের “শূন্যতা” এবং কণা-প্রতিকণা

আজ মহাশূন্য নিয়ে আলাপ আলোচনা করা যাক। সত্যিকার অর্থে মহাশূন্য বলতে কি বুঝায়? কিংবা মৌলিক কণিকা গুলোর পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়া কিভাবে এত বড় একটা বিশ্বজগতকে বিলিয়ন বিলিয়ন বছর ধরে স্থিতিশীল রাখছে? সেই সাথে শূন্য থেকে মহাবিশ্ব সৃষ্টি বিষয়ক সামান্য কথা।

এরিস্টটলের অনেক অবৈজ্ঞানিক থিওরীর মাঝে একটা থিওরী ছিলো, প্রকৃতি শূন্যস্থান বিরোধী। তাঁর এই মতবাদ সতেরশ শতক পর্যন্ত টিকে ছিলো কারণ তার পরে যারাই শূন্যস্থান তৈরীর চেস্টা করেছেন তারাই সফলতা পাননি। ছোটো একটা স্ট্র দিয়ে আমরা যখন কিছু পান করি, তখন স্ট্রর মাঝের বাতাস টেনে নিই এবং ভেতরে ফাঁকা স্থানটি পূর্ণ করে তরল পানীয় উঠে আসে। ১৭শ শতকে বিজ্ঞানী টরসেলী সর্বপ্রথম এরিস্টটলের এই মতবাদকে ভুল প্রমাণ করেদেন। পারদপূর্ণ টেস্টটিউবের খোলাপ্রান্ত তিনি বৃদ্ধাঙ্গুল দিয়ে চেপে ধরে টিউবকে পারদপূর্ণ পাত্রে প্রবেশ করান। এবং দেখা যায় যে টেস্টটিউবের পারদ স্তর নিচে নেমে আসে। যেহেতু সেখানে কোনো বায়ু ছিলোনা, তার মানে এটা শূন্যস্থান যা টরসেলীর শূন্যস্থান নামে বিশ্বব্যাপী স্বীকৃত। এ থেকেই বিজ্ঞানীরা নিশ্চিত হলেন যে, শূন্যস্থানই প্রকৃতির স্বাভাবিক অবস্থা। কিছুকাল পরই আলোর চলাচলের জন্য বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বব্যাপী একটা মাধ্যমের প্রয়োজন হল। বিজ্ঞানীরা এর নাম দিলেন লুমিনিফেরাস ইথার। অর্থাৎ মহাশূন্য বলতে যা বুঝি তা হচ্ছে বস্তুত লুমিনিফেরাস ইথার। এই ধারণা এতই প্রভাবশালী ছিলো যে মাইকেলসন ও মর্লি একটি পরীক্ষার মাধ্যমে ইথারের অনুপস্থিতির প্রমাণ পেলেও তারা প্রথমে ধরে নেন যে, তাদের পরীক্ষায় ভুল হয়েছিলো। ১৯০৫ সালে আইনস্টাইন বিশেষ আপেক্ষিকতা তত্ত্বে ইথার ধারণা বাতিল করে দেন। জানা গেল আলো হচ্ছে তড়িত চুম্বকীয় বিকিরণ যা মাধ্যম ছাড়াই চলতে পারে। অর্থাৎ সবাই আবার ফিরে গেল টরসেলীর অনুসিদ্ধান্তে- শূন্যস্থানই প্রকৃতির সাধারণ অবস্থা।

বিজ্ঞানের উত্থান পতনে এই ধারণাটিও আর স্থির রইলো না। আমরা অনেকেই হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা তত্ত্ব সম্পর্কে জানি। কোনো একটি ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র কণার অবস্থান সম্পর্কে আমরা যত নিশ্চিত হবে, তার ভরবেগ সম্পর্কে তত অনিশ্চিত হব। আর, কণাটির ভরবেগ নিয়ে যত নিশ্চিত হব, তার অবস্থান নিয়ে তত অনিশ্চিত হব। এই তত্ত্বটিতে ভরবেগ এবং অবস্থানের বদলে শক্তি ও সময় দিয়ে আমরা চিন্তা করে দেখতে পারি। কিভাবে? ধরাযাক, কোনো একটা ক্ষুদ্র আয়তনে শূন্যস্থানের শক্তি আমরা নিঁখুত ভাবে পরিমাপ করতে পারলাম। এবার সময়কে যদি ধীর করে দিই, তাহলে সেই শক্তি আমি আর নিঁখুত ভাবে পরিমাপ করতে পারছিনা। সময় ব্যবধান এবং শূন্যস্থানের আয়তন যদি আরো ক্ষুদ্র করে দেয়া হয়, হাইজেনবার্গের সমীকরণ থেকে দেখা যায়যে, উক্ত আয়তনে শক্তির পরিমাণ সম্পর্কে এতই অনিশ্চিত হয়ে যাই যে, সেখানে শূন্য থেকে কণা সৃষ্টির মত যথেষ্ট শক্তি সৃষ্টি হতে পারে। অর্থাৎ, ক্ষুদ্র সময় এবং স্থানে শূন্য থেকেই কণা সৃষ্টির একটা গ্রহণযোগ্য ব্যাখ্যা পাওয়া যায়। ডিরাক তাঁর সমীকরণে বিশেষ আপেক্ষিক তত্ত্ব ও কোয়ান্টাম তত্ত্বের মিশ্রণে ইলেকট্রনের চরিত্র ব্যাখ্যা করতে গিয়ে ইলেকট্রনের বিপরীত ধর্মী একটা কণিকার সন্ধান পান আর এভাবেই ম্যাটার – এন্টি ম্যাটারের ধারণা চলে আসলো। পরবর্তীতে ইলেকট্রনের প্রতিকণা পজিট্রন আবিষ্কার হল।

প্রতি কণা নিয়ে একটু ধারণা দেয়া যাক। কোন কণিকা যার ভর এবং স্পিন অন্য একটি কণিকার ভর ও স্পিনের সমান অথচ যার বৈদ্যুতিক আধান , ব্যারিয়ন নাম্বার, লেপটন নাম্বার ইত্যাদি উক্ত কণিকার বিপরীত তাকেই প্রতিকণিকা বলা হয়। সম্পূর্ণ নিরপেক্ষ কয়েকটা কণিকা যেমন ফোটন ও মেসন ছাড়া প্রায় সব কণিকার একটি যথার্থ প্রতিকণিকা রয়েছে।

এতক্ষণে হয়তো সবাই আমার উদ্দেশ্য বুঝে গেছেন মহাশূন্য নিয়ে আমি কি বলতে চাই। হ্যাঁ, কোয়ান্টাম ফ্লাকচুয়েশানের মাধ্যমে শূন্যস্থানে প্রতিনিয়ত চলছে কণা ও প্রতিকণা সৃষ্টি ও বিনাশের খেলা। আমরা মহাশূন্য বলতে যে “শূন্য” বুঝি সেটা আসলে সেই “শূন্য” নয়। আরো সহজ ভাবে বলি, +১ এর সাথে -১ যোগ করলে যোগফল ০। এটা হচ্ছে সেই শূন্য।
অর্থাৎ মহাশূন্য মানে +১-১=০ । মহাশূন্য মানে ০+০=০ নহে।

এই ফাঁকে কণিকা ও মৌলিক বল সম্পর্কিত একটু ধারণা দেয়া যাক যা পরবর্তীতে হয়তো অনেকেরই কাজে লাগবে।
মহাবিশ্বে চার রকমের মৌলিক বল রয়েছে। তড়িত চুম্বকীয় বল, সবল নিউক্লিও বল, দূর্বল নিউক্লিয় বল ও মহাকর্ষ বল। তড়িত চুম্বকীয় বলের মিথস্ক্রিয়া চলে চার্জিত কণিকার মাঝে। ইলেকট্রন- প্রোটন, ইলেকট্রন- ইলেকট্রনের মাঝে মিথস্ক্রিয়ার ফলেই পরমাণু গঠিত হয়।
সমস্যাটা দেখা গেল অন্য জায়গায় এসে। প্রশ্ন উঠলো, প্রোটন ধনাত্মক আধানযুক্ত কণিকা। তাহলে নিউক্লিয়াসের মাঝে প্রোটন গুলো কিভাবে থাকছে? ওরা তো বিকর্ষণে ছিঁটকে যাওয়ার কথা! এই সমস্যার সমাধান হয়ে গেল। বিজ্ঞানীরা বুঝলেন, নিউক্লিয়াসের ছোটো রেঞ্জের মাঝে এমন কোনো বল আছে যা তড়িত চুম্বকীয় বলের তুলনায় ক্ষুদ্র রেঞ্জে অনেক বেশি এবং এই সর্বোচ্চ পরিমাণ বলের কারণেই প্রোটন ছিঁটকে যায়না! হ্যাঁ! সবল নিউক্লিও বলের কথা বলছি। আরেকটা সমস্যা দেখা দিলো যে। এই তীব্র মিথস্ক্রিয়ায় তো  কোয়ান্টার ফিল্ড থিওরী অনুযায়ী কণা বিনিময় হওয়ার কথা। সেই কণার কোথায় গেল? এই প্রশ্নেরও দাঁতভাঙা জবাব পাওয়া গেল। বিজ্ঞানীরা বুঝলেন, এমন কোনো কণিকা আছে যার ভর ইলেকট্রনের ভরের কয়েকশ গুণ বেশি কিন্তু প্রোটন ও নিউট্রনের ভরের চেয়ে কম। মাঝারি ভর সম্পন্ন কণিকার নাম দেয়া হল মেসন! প্রতিষ্ঠিত হল সবল নিউক্লিও বলের ধারণা।

মাঝে একটা কথা বলে নিই। প্রবল মিথস্ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে এমন কণিকার নাম হ্যাড্রন। আর যারা অংশগ্রহণ করেনা তারা হচ্ছে লেপ্টন। হ্যাড্রন আবার দুই প্রকার। ব্যারিয়ন এবং মেসন। ব্যারিয়ন পাউলির বর্জন নীতি মেনে চলে আর মেসন সেটা অমান্য করে। পাউলির বর্জন নীতি হচ্ছে, একই রকমের দুইটি কণিকা একই কোয়ান্টাম অবস্থায় থাকতে পারেনা। ব্যারিয়ন সমূহ হচ্ছে নিউট্রন, প্রোটন ইত্যাদি। মেসন সমূহ হচ্ছে পাই মেসন, কে মেসন, রো মেসন ইত্যাদি। এদের নিয়েই হ্যাড্রন পরিবার। আর লেপ্টন হচ্ছে ইলেকট্রন, মিউয়ন, নিউট্রিনো।

দূর্বল নিউক্লিও বল ক্রিয়া করে কোয়ার্ক এবং লেপ্টনদের মাঝে। কোয়ার্ক হচ্ছে কল্পিত মৌলিক কণিকা যা দিয়ে সকল হ্যাড্রন গঠিত। এই বলের ক্রিয়ায় ডব্লিও এবং জেড পার্টিকেল নির্গত হয়। নিউট্রন ভেঙে তৈরী হয় প্রোটন, নিউট্রন ও অ্যান্টি নিউট্রিনো। নিউক্লিও ভাঙনের মেকানিজম এরই অংশ। নিউক্লিও ভাঙনের ফলে বিটা নির্গমনের ফলে এক নিউক্লিয়াস অন্য একটি নিউক্লিয়াসে পরিণত হয় যা তেজস্ক্রিয় পরিবর্তন। কিন্তু ঝামেলা বাঁধলো অন্য জায়গায়। বিটা ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রন। কিন্তু নিউক্লিয়াসে তো প্রোটন ধনাত্মক আধান। তখনও নিউট্রন আবিষ্কৃত হয়নি। সিদ্ধান্ত নেয়া হল, প্রোটন ছাড়াও এমন কণিকা আছে যা ভেঙে ইলেকট্রন ও প্রোটন নির্গত হচ্ছে। প্রোটনের ভর বেশি থাকায় তা অপসৃত হচ্ছেনা। কমভরের ইলেকট্রন লেপ্টন হওয়ায় নিউক্লিয়াস থেকে ছিঁটকে যাচ্ছে। নাম দেয়া হল নিউট্রন। কিন্তু ইলেকট্রনের শক্তি মেপে দেখা গেল আরেক সমস্যা! বিনাশিত শক্তির সমান শক্তি নির্গত হচ্ছেনা যা শক্তির নিত্যতা সূত্রকে অমান্য করে! বিজ্ঞানীরা খুঁজে পেলেন ইলেকট্রনের সাথে সামান্য ভরের নিউট্রিনো নামক কণিকা বাকিটা শক্তি নিয়ে বেরিয়ে যায়! এভাবেই, বিভিন্ন প্রশ্নোত্তরের মাঝে মৌলিক কণিকা সমূহের আবিষ্কার!

আর মহাকর্ষ বল নিয়ে সবাই জানেন। এটি সবচেয়ে দূর্বল। মহাজাগতিক ধ্রুবক এবং মহাজাগতিক তরঙ্গ নিয়ে কিছুটা ধারণা দেয়া যায়। মহাজাগতিক ধ্রুবক ব্যাপারটি আইনস্টাইন অন্তর্ভূক্ত করেন। এই পদ অত্যন্ত বিশাল বস্তুসমূহের মাঝে বিকর্ষনের সৃষ্টি করে যা মহাকর্ষ বলের আকর্ষনের প্রভাবকে নিষ্ক্রিয় করে ভারসাম্য প্রণয়ন করে। তাই মহাকর্ষের ফলে গ্রহ সমূহ একে অপরের সাথে সংঘর্ষিত হয়না যা স্থির মহাবিশ্বের নকশা প্রণয়ন করে। মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রে সৃষ্ট তরঙ্গসমূহকে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ নামে অভিহিত করা হয়। এর পক্ষে অবশ্য পরীক্ষালব্দ সাক্ষ্য প্রমাণ নেই। ধারণা করা হয়, বিকীর্ণ আলোর কোয়ান্টামকে যেমন ফোটন বলা হয়, মহাকর্ষীয় বিকিরণের কোয়ান্টামকে বলা হয় গ্রাভিটন।

আজ এটুকুই। অনেক সায়েন্স কপচানো হয়ে গেছে। পরবর্তিতে কোনো একদিন ছয়রকমের কোয়ার্ক- আপ, ডাউন, বটম, টপ, স্ট্রেঞ্জ, চার্ম ইত্যাদি নিয়ে আলোচনা করা যাবে। ছয়রকমের কোয়ার্ক এবং লেপ্টন ও তাদের প্রতিকণিকা নিয়ে অন্য একদিন বিস্তারিত বলা যাবে। Keep calm and stay with science…