পরমাণুর গহীন নিসর্গে | ২: আলো | ২.৩: প্রতিভাসগুলোর একীভবন

0

অধ্যায়-২: আলো
অনুচ্ছেদ-৩: প্রতিভাসগুলোর একীভবন
[বইয়ের সূচীপত্র তথা প্রকাশিত সবগুলো আর্টিকেলের জন্য এখানে দেখুন]

তাহলে আমরা সবমিলিয়ে চারধরনের প্রবাহ বা প্রতিভাস পাচ্ছি এদেরকে শূন্য মাধ্যমের মধ্য দিয়ে অনুভব করা যায়। এগুলো হলো, আলো, বিদ্যুৎ,  চৌম্বকত্ব এবং মহাকর্ষ। এই প্রত্যেকটি প্রবাহই ইথারের মাধ্যমে গমন করে বলে কল্পনা করা হয়। কিন্তু প্রশ্ন হলো, এদের প্রত্যেকটির জন্য কি ইথার আলাদা আলাদা নাকি একই রকম? বলার কোনো উপায় নেই, যদিও মাঝে-মধ্যে আলোকে বলা হয় আলোবাহী (লুমিনিফেরাস বা luminiferous) ইথারের তরঙ্গ (luminiferous শব্দটি ল্যাটিন থেকে নেওয়া হয়েছে যার অর্থ আলো ধারণকারী)। কাজেই “বিদ্যুৎ-বাহী”, চৌম্বক-বাহী”, এবং “মহাকর্ষ-বাহী” ইথারের অস্তিত্বও হয়তোবা থাকতে পারে?

নিশ্চিতভাবে বলা যায়, এই চারটি বিষয়ের মধ্যে খুব বড় ধরনের পার্থক্য নেই। আলোকে আকর্ষণ বা বিকর্ষণ করতে দেখা যায় না। মহাকর্ষ শুধুমাত্র আকর্ষণ ক্ষমতা সম্পন্ন। বিদ্যুৎ এবং চৌম্বকত্ব অবশ্য আকর্ষণ এবং বিকর্ষণ উভয়ই করে থাকে এবং একই রকম ক্ষেত্রে বিকর্ষণ এবং বিপরীত ধরনের ক্ষেত্রে আকর্ষণ হয়। এদের মধ্যে শেষের দুটিকে মনে হয় যেন একটি হতে আরেকটি উৎপন্ন হয়েছে।

১৮১৯ সালে ড্যানিশ পদার্র্থবিদ হ্যান্স ক্রিশ্চিয়ান ওয়েরস্টেড (Hans  Christian Oersted, ১৭৫৭-১৮৫১) তড়িৎপ্রবাহের উপর যখন লেকচার দিচ্ছিলেন, তখন দর্শকের প্রতি প্রদর্শনস্বরূপ একটি কম্পাসকে তড়িৎবাহী তারের নিকটে ধরেছিলেন। চমকে গিয়ে তিনি আবিষ্কার করলেন, কম্পাস শলাকা তাৎক্ষণিকভাবে প্রতিক্রিয়া দেখাল এবং তড়িৎপ্রবাহের সাথে সমকোণে বিন্যাস্ত হলো। এটি ছিল সম্পূর্ণ নতুন ধরনের ঘটনা। ওয়েরস্টেড যখন তড়িৎপ্রবাহের দিক বিপরীতমুখী করলেন চৌম্বক শলাকাটিও ঘুরে গেল এবং আগের দিকের উল্টো দিকে বিন্যাস্ত হলো। এর মাধ্যমে, ওয়েরস্টেডই প্রথম ব্যক্তি যিনি তড়িৎ এবং চৌম্বকত্বের মধ্যে একটি নিবিড় সম্পর্ক দেখিয়েছিলেন। তবে বিস্তারিত উদঘাটনের চেষ্টা করেননি। পরবর্তীতে অন্যরা, যারা এই প্রদর্শনীর কথা শুনেছেন তাঁরা উদঘাটন করেছেন এবং তা-ও তাৎক্ষণিকভাবে। ১৮২০ সালে ফরাসী পদার্থবিদ ডোমিনিক ফ্রান্সোয়া অ্যারাগো (Dominique François Arago, ১৭৮৬-১৭৫৩) দেখালেন, একটি বিদ্যুৎবাহী তার চুম্বকের মতো আচরণ করে এবং লোহার গুঁড়োকে আকর্ষণ করতে পারে, যা তড়িৎপ্রবাহ বন্ধ করে দিলে থেমে যায়।  তড়িৎবাহী তারটি ছিল  তামার  তৈরি, তাই বোঝা গেল শুধুমাত্র লোহাই চৌম্বকত্ব প্রদর্শন করে না বরং অন্য সব বস্তুর করতে পারে। এই ঘটনার পর থেকে বিজ্ঞানীরা তড়িৎ-চৌম্বকত্ব নিয়ে আলোচনা করতে শুরু করলেন।

ওয়েরস্টেডের পরীক্ষা: চৌম্বক শলাকার কাছাকাছি বিদ্যুৎ প্রবাহ চালানো হলে চৌম্বক শলাকাটি বিদ্যুৎ প্রবাহের লম্বালম্বি বিন্যাস্ত হয়।

ওয়েরস্টেডের পরীক্ষা: চৌম্বক শলাকার কাছাকাছি বিদ্যুৎ প্রবাহ চালানো হলে চৌম্বক শলাকাটি বিদ্যুৎ প্রবাহের লম্বালম্বি বিন্যাস্ত হয়।

একই বছরে অন্য একজন ফরাসী বিজ্ঞানী অঁদ্রে-মারি অ্যাম্পেয়্যার (Andre Marie  Ampere, ১৭৭৫-১৮৩৬) দেখালেন, যদি সমান্তরালে স্থাপিত দুটি তারের মধ্য দিয়ে একই দিকে বিদ্যুৎ প্রবাহিত করা হয় তাহলে তারা পরস্পরকে আকর্ষণ করে। প্রবাহ যদি পরস্পর বিপরীতমুখে চালানো হয় তাহলে বিকর্ষণ করে। আপনি যদি একটি তারকে হেলিক্সের (helix বা স্প্রিং এর আকৃতি) মত করে প্যাঁচান এবং বিদ্যুৎ প্রবাহিত করেন তাহলে হেলিক্সের প্রতিটি প্যাঁচে একই দিক থেকে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হবে। প্রতিটি প্যাঁচ তাই পরস্পরকে আকর্ষণ করবে এবং চৌম্বকক্ষেত্র উৎপন্ন করবে যারা একে অন্যকে শক্তিশালী করবে। এই সলিনয়েডটি (তারের কুন্ডলী) অতঃপর একত্রে একটি চৌম্বকদণ্ডের মতো কাজ করবে যার এক প্রান্তে একটি উত্তরমেরু এবং অপর প্রান্তে দক্ষিণমেরু থাকবে।

বিদ্যুৎ প্রবাহের দিকের সাথে লম্ব বরাবর চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। যদি একটি পরিবাহী তারকে হেলিক্সের মতো করে পাক দেওয়া হয় তাহলে প্রতিটি পাকে একই দিকে বিদ্যুৎ প্রবাহ থাকে এবং প্রতিটি পাকের জন্য একই দিকে চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। এভাবে পাক সংখ্যা বৃদ্ধি করে চৌম্বকক্ষেত্রের তীব্রতা বৃদ্ধি করা যায়।

বিদ্যুৎ প্রবাহের দিকের সাথে লম্ব বরাবর চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। যদি একটি পরিবাহী তারকে হেলিক্সের মতো করে পাক দেওয়া হয় তাহলে প্রতিটি পাকে একই দিকে বিদ্যুৎ প্রবাহ থাকে এবং প্রতিটি পাকের জন্য একই দিকে চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। এভাবে পাক সংখ্যা বৃদ্ধি করে চৌম্বকক্ষেত্রের তীব্রতা বৃদ্ধি করা যায়।

১৮২৩ সালে ব্রিটিশ পদার্র্থবিদ উইলিয়াম স্টারজন (William Sturgeon, ১৭৮৩-১৮৫০) U আকৃতির একটি লোহার পাতের উপর তার প্যাঁচালেন। লোহা চৌম্বকক্ষেত্রকে ঘনীভুত করল। যখন তড়িৎপ্রবাহ চালু করা হলো এটি আশ্চর্যজনকভাবে খুবই শক্তিশালী তড়িৎচুম্বকে পরিণত হলো। ১৮২৯ সালে আমেরিকান পদার্থবিদ জোসেফ হেনরি (১৭৯৭-১৮৭৮) অন্তরীত তার (শর্ট সার্কিট প্রতিহত করার জন্য) দিয়ে একটি লোহার পাতের উপর কয়েকশো প্যাঁচ দিলেন। এমন একটি তড়িৎচুম্বক তৈরি হলো, যখন এর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহ চালানো হলো তা বিরাট ওজনের লোহাকে তুলতে সক্ষম হলো।

ফ্যারাডে এর পরে বিপরীত দিক থেকে চিন্তা করলেন। তড়িৎ যদি চৌম্বকত্ব তৈরি করতে পারে, তাহলে চৌম্বককত্বও কি তড়িৎ উৎপন্ন করতে পারার কথা নয়? তিনি একটি সাধারণ দণ্ড চুম্বককে একটি তারের কুণ্ডলির মাঝখানে ঢোকালেন। কুণ্ডলিটিকে কোনো ব্যাটারির সাথে যুক্ত করা হয়নি। সুতরাং বাইরে থেকে তার মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হতে পারে এমন সম্ভাবনাও ছিল না। কিন্তু চুম্বকটিকে যখন কুণ্ডলির ভিতর দিয়ে আনা-নেওয়া করা হলো তখন সেখানে এক ধরনের একটি বিদ্যুৎ প্রবাহ অনুভব করা গেল। চুম্বকটিকে যখন কুণ্ডলির মধ্যে স্থির রাখা হয় তখন কোনো বিদ্যুৎ পাওয়া গেল না। এ থেকে স্পষ্টভাবে বোঝা গেল, বিদ্যুৎ তারের মধ্য দিয়ে কেবল তখনই প্রবাহিত হয় যখন এর চৌম্বক বলরেখাগুলোকে ছেদ করে। চুম্বকটিকে যখন সামনের দিকে চালোনা হয় তখন বিদ্যুৎ প্রবাহ যে দিকে পাওয়া যায়। উল্টো দিকে টেনে বের করে আনলে তার বিপরীত দিকে প্রবাহ পাওয়া যায়।

১৮৩১ সালে ফ্যারাডে একটি তামার চাকতিকে একটি চুম্বকের দুই মেরু বরাবর ঘোরানোর সরঞ্জাম তৈরি করলেন। তামার চাকতিটি যখন চুম্বকের উপর দিয়ে ঘোরানো হয়, তখন একটি বিদ্যুৎ প্রবাহ চলতে থাকে। যতক্ষণ চাকতিটিকে ঘোরানো হয় বিদ্যুৎ প্রবাহ ততক্ষণই বিদ্যমান থাকে। এই চাকতিটির ঘুর্ণন অব্যহত রাখতে হলে বাইরে থেকে বল প্রয়োগ করতে হয়। যতক্ষণ চাকতিটিকে ঘোরানো হবে, সেটি যেভাবেই হোক (মানুষ বা প্রাণীর পেশীশক্তি, প্রবাহিত পানি কিংবা জ্বালানী পোড়ানোর মাধ্যমে উৎপন্ন বাষ্প), ততক্ষণ যান্ত্রিক শক্তি বিদ্যুৎ শক্তিতে পরিণত হতে থাকবে। ফ্যারাডের এই ঘটনাকে হেনরি বিপরীতভাবে দেখালেন। তিনি বিদ্যুৎ প্রবাহ চালিয়ে চাকার মধ্যে ঘুর্ণন তৈরি করলেন এবং প্রথমবারের মতো বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করলেন।

এই সবগুলো আবিষ্কার পুরো বিশ্বকে তড়িৎগ্রস্ত করে ফেলল (উভয় অর্থে) এবং মানব সভ্যতাকে আমুল বদলে দিল। অবশ্য বিজ্ঞানীদের কাছে এসবের গুরুত্ব ছিল ভিন্ন কারণে। তাঁরা এই ঘটনাগুলোর মাধ্যমে বিদ্যুৎ এবং চৌম্বকত্বের মাঝে সম্পর্ক আবিষ্কার করে ফেলেছেন নানা আঙ্গিকে তা পরীক্ষা করে দেখাতেও পারছেন। বস্তুতঃ অনেকে এরই মধ্যে ভাবতে শুরু করেছেন, তড়িৎ এবং চৌম্বকত্ব একটি মাত্র ক্ষেত্র এবং তা তড়িৎ-চৌম্বকক্ষেত্র হিসেবে বিদ্যমান। মাঝে মাঝে এর বৈদ্যুতিক চেহারাটি আমাদের সামনে হাজির হয় এবং মাঝে মাঝে চৌম্বক চেহারাটি দেখা যায়। ম্যাক্সওয়েলের কাজের মাধ্যমে এই ধারণাটি আলোচনার চূড়ায় উঠে গেল। ১৮৬৪ থেকে ১৮৭৩ সালের মধ্য ম্যাক্সওয়েল ফ্যারাডের ক্ষেত্র এবং বলরেখার ধারণাকে গাণিতিক ভিত্তি দিলেন এবং তড়িৎ এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে সুস্পষ্ট সম্পর্ক স্থাপন করলেন। ম্যাক্সওয়েল বিষয়টিকে চারটি সরল গাণিতিক সমীকরণের মাধ্যমে নিষ্পত্তি করলেন এসব সমীকরণ তড়িৎ এবং চুম্বকত্বের সকল বৈশিষ্ট্যকে ব্যাখ্যা করে। সেই থেকে এগুলো ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ নামেই পরিচিত।

ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণগুলো (যেসবের বস্তুনিষ্ঠতা অদ্যাবধি যেকোনো পর্যবেক্ষণ দ্বারা স¡ীকৃত) থেকে পাওয়া গেল, তড়িৎ এবং চৌম্বকক্ষেত্র আলাদাভাবে বিদ্যমান থাকতে পারে না। তার মানে, শুধু একীভূত তড়িৎ-চৌম্বক ক্ষেত্রেরই উপস্থিতি আছে যা একটি তড়িৎ অংশ এবং একটি চৌম্বক অংশ নিয়ে গঠিত। তড়িৎ অংশটুকু চৌম্বক অংশের সাথে লম্বভাবে অবস্থান করে।

যদি তড়িৎ এবং চৌম্বক আচরণ সবদিক থেকে একই রকম হতো, তাহলে চারটি সমীকরণই প্রতিসম হতো এবং তাদেরকে দর্পণ প্রতিবিম্ব (mirror image) হিসেবে পাওয়া যেত। একটি বিশেষ দিক থেকে চিন্তা করলে এই দুটি ঘটনা একে অপরের সাথে মেলে না। বৈদ্যুতিক ঘটনায় ধনাত্মক এবং ঋনাত্মক চার্জ পরস্পর হতে আলাদাভাবে অবস্থান করতে পারে। যেকোনো বস্তু ধনাত্মক চার্জযুক্তও হতে পারে, আবার ঋনাত্মক চার্জ যুক্তও হতে পারে। অপরদিকে চৌম্বকত্বের ক্ষেত্রে চৌম্বকমেরুসমূহ পরস্পর স্বাধীনভাবে অবস্থান করতে পারে না। যেসব বস্তু চৌম্বকত্ব প্রদর্শন করে তাদের এক প্রান্তে উত্তর মেরু অবস্থান করে এবং অপর প্রান্তে দক্ষিণ মেরু অবস্থান করে। এক প্রান্তে উত্তর মেরু এবং অপর প্রান্তে দক্ষিণ মেরু বিশিষ্ট একটি লম্বা চৌম্বক শলাকাকে মাঝখানে ভেঙে ফেললে তাদের মেরু দুটো আলাদা হয় না বরং উত্তর মেরু বিশিষ্ট অংশটি তাৎক্ষণিক ভাবে ভাঙা প্রান্তের কাছে একটি দক্ষিণ মেরু তৈরি করে এবং দক্ষিণ মেরু বিশিষ্ট অংশটি একই ভাবে একটি উত্তর মেরু তৈরি করে।
ম্যাক্সওয়েল তাঁর সমীকরণে এই ব্যাপারটি আমলে নিয়েছিলেন যা অপ্রতিসাম্য নামক একটি পরিভাষার প্রচলন করেছিল। এই বিষয়টি বিজ্ঞানীদের সর্বদাই অস¡স্তিতে ফেলেছে, যাঁদের ধারণা প্রকৃতিতে সর্বদাই সারল্য এবং প্রতিসাম্য বিদ্যমান। ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণের এই “খুঁত” নিয়ে আমরা পরবর্তীতে আবার ফিরে আসব।

ম্যাক্সওয়েল তাঁর সমীকরণের মাধ্যমে দেখিয়েছেন, একটি স্পন্দিত তড়িৎক্ষেত্র অবধারিতভাবে একটি চৌম্বকক্ষেত্র তৈরি করবে যা ফলশ্রুতিতে পুনরায় একটি তড়িৎক্ষেত্র তৈরি করবে এবং এভাবেই অনির্দিষ্টকাল পর্যন্ত চলতে থাকবে। এটি স্থিরবেগে তরঙ্গাকারে চলমান একটি তড়িৎচৌম্বক বিকিরণের সাথে সমতুল্য। তড়িৎক্ষেত্র পরিমাপের একক এবং চৌম্বকক্ষেত্রের পরিমাপক এককের সাথে অনুপাতের মাধ্যমে আমরা এই বিকিরণের বেগ নির্ণয় করতে পারি। এভাবে হিসেব করলে আমরা পাই, এই বিকিরণের বেগ প্রতি সেকেন্ডে ৩ লক্ষ কিলোমিটার (একলক্ষ ছিয়াশি হাজার মাইল) যা আলোর বেগের সমান!

এই মিল কাকতালীয় হতে পারে না। এখান থেকে বোঝা গেল আলো নিজেই এক ধরনের তড়িৎ চৌম্বক বিকিরণ। তাই দেখা যাচ্ছে, ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণগুলো চার প্রকারের মধ্যে তিন প্রকারের প্রতিভাসকে (আলো, তড়িৎ, চৌম্বকত্ব) একীভূত করতে পারছে এগুলো শূন্যের মধ্য দিয়ে অতিক্রম করতে পারে।

শুধুমাত্র মহাকর্ষ বল এই একীভবনের বাইরে রয়ে গেল। এটিকে অন্য তিনপ্রকার ঘটনার সাথে কিছুতেই মেলানো গেল না। আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯১৬ সালে তাঁর আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব (general theory of relativity) উপস্থাপন করেন, যা নিউটনের মহাকর্ষ সূত্রকে আরো উন্নত করেছিল। এখন পর্যন্ত যথেষ্ট পরিমাণে যথার্থ বলে স¡ীকৃত আইনস্টাইনের ব্যাখ্যায়  উল্লেখ আছে, তড়িৎচৌম্বক বিকিরণের মতো তরঙ্গায়িত মহাকর্ষীয়  বিকিরণও বিদ্যমান থাকা উচিত। এধরনের বিকিরণ তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গের চেয়ে আরো অনেক সূক্ষ্ম এবং অস্পৃশ্য এবং তাই সনাক্ত করার কাজটিও অনেক অনেক কঠিন। কিছু ভুল পরীক্ষা ছাড়া এখন পর্যন্ত এগুলোকে প্রকৃতভাবে সনাক্ত করা যায় নি, যদিও কোনো বিজ্ঞানীই এদের উপস্থিতি নিয়ে কার্যত কোনো সংশয় পোষণ করেন না।

[বইয়ের সূচীপত্র তথা প্রকাশিত সবগুলো আর্টিকেলের জন্য এখানে দেখুন। বিজ্ঞান পত্রিকায় সম্পূর্ণ বইটিই পড়া যাবে, তবে মুদ্রিত সংস্করণটি সংগ্রহ করতে চাইলে যোগাযোগ করুন: ছায়াবিথী প্রকাশনী, ফোন: ০১৭২৩৮০৭৫৩৯]

-ইমতিয়াজ আহমেদ
সম্পাদক, বিজ্ঞান পত্রিকা
[লেখকের ফেসবুক প্রোফাইল]

Share.

মন্তব্য করুন