Top header

কোয়ান্টাম ফিজিক্স -২২ : বোর এলেন বিজ্ঞানে

0

[বইটির সূচীপত্র এবং সব খন্ডের লিংক একত্রে দেখুন এখানে]

এক
ডেনমার্কের রাজধানী কোপেনহেগেন একটা প্রাসাদতুল্য বাড়ি আছে। বাড়িটা আজ সারাবিশ্বের বিজ্ঞানপ্রেমীদের কাছে দর্শনীয় স্থান। এই বাড়িতেই যে জন্ম নীলস হেররিক ডেভিড বোরের। সেটা ১৮৮৫ সালের ৭ অক্টোবরের কথা। সেই ছেলেটাই আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের অন্যতম রূপকার নীলস বোর। বাবা ক্রিশ্চিয়ান বোর ছিলেন চিকিৎশাস্ত্রের বিখ্যাত অধ্যাপক। রক্তে হিমোগ্লোবিন থেকে অক্সিজেন নিঃসৃত হয়, এর পেছনে বড় ভূমিকা কার্বন ডাই অক্সাইডের সেই বিষয়টা ক্রিশ্চিয়ান বোরই আবিষ্কার করেন। এজন্য তিনি নোবেল পুরষ্কারের জন্যও মনোনিত হন। মা এলেনও উচ্চ শিক্ষিত মহিলা। বেশিরভাগ বিখ্যাত ব্যক্তিদের মতো ভাঙাঘরে ছেঁড়া কাথায় শুয়ে বড় হননি নীলস বোর। রীতিমতো সম্ভ্রান্ত শিক্ষিত পরিবার পেয়েছিলেন ছেলেবেলায়।

শৈশব কেটেছে গ্লামারহোম স্কুলে। তাপর ১৮৯৩ সালে ভর্তি হন কোপেনহেগেন বিশ্ববিদ্যালয়ে। পদার্থবিজ্ঞানে। তখন থেকেই গবেষণায় হাতেখড়ি। ১৯০৭ সালে তিনি পানির পৃষ্ঠটানের ওপর একটা মৌলিক গবেষণা প্রবন্ধ লেখেন বোর। সেটার জন্য ডেনিশ বিজ্ঞান একাডেমি তাঁকে স্বর্ণপদকে ভূষিত করে। ১৯০৯ সালে এমএসসি ডিগ্রি অর্জন করেন বোর।

এরপর পিএইচডি। সেজন্য তিনি গবেষণা শুরু করলেন ধাতব ইলেকট্রনের ওপর। দুবছর খেটেখুটে একটা থিসিসি পেপার দাঁড় করালেন। সেটা উপাস্থাপনের পালা। ১৯১১ সাল। শিক্ষকদের সামনে ৯০ মিনিটের এক বক্তৃতায় তাঁর পেপারটি শেষ করলেন বোর। কিন্তু তাঁর শিক্ষকরা সেটা ঠিক হজম করতে পারলেন না। তাঁর বারার বন্ধু ক্রিস্টিয়েনসেন, তাঁর একজন শিক্ষকও। তিনি আক্ষেপ করে বলেছিলেন, ধাতব বিষয়ে মূল্যয়ন করার মতো বিশেষজ্ঞ ডেনমার্কে নেই। বোরকে ডক্টরেট ডিগ্রি দেওয়া হলো।
বোর তাঁর পেপারটি পাঠিয়ে দিলেন জার্মানিতে। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক আর হেনরিখ লরেনৎসের কাছে। মূল্যয়নের জন্য। এরপর অনেকদিন কেটে গেল, লরেনৎস বা প্ল্যাঙ্ক কারও পক্ষ থেকেই কোনো সাড়া মিলল না। তখন বোরের খেয়াল হলো, পেপারটা ডেনিশ ভাষায় লেখা, জার্মাান ভাষায় অনুবাদ করা হয়নি। অবশ্য ভাষাগত ব্যাপারে বোর একদম আনাড়ি ছিলেন সারা জীবন। ডেনিশ ভাষাটাই তিনি ঠিক সাচ্ছন্দে লিখতে পারতেন না। ইংরেজি বা অন্য ভাষা দূর অস্ত। ভাষার দুর্বলতাটা তাঁকে ভুগিয়েছে সারাজীবন।

ডক্টরেটের পর বোর ভাবলেন ক্যামব্রিজে যাবেন। সেখানে তখন বড় সব বৈজ্ঞানিক কাজকর্ম করছেন জে জে থমসন। বোরের খুব ইচ্ছা ছিল থমসনের সাথে কাজ করার। এজন্য ক্যামব্রিজে আবেদনও করলেন। ১৯১১ সালে ক্যাবব্রিজ থেকে চিঠি এলো।

15644656_1208544379225968_1955797606_n

ক্যামব্রিজে পা রাখলেন বোর । থমসন তখন বিখ্যাত ক্যাভেন্ডিশ ল্যাবরেটরির পরিচালক। প্রথমেই থমসনের সাথে পরিচিত হলেন বোর। থিসিস পেপারটাও ছিল সঙ্গে। এবার অবশ্য ইংরেজিতে অনুবাদ করেই এনেছেন। শুধু থিসিস পেপার নয়, সঙ্গে নিয়ে যান থমসনের লেখা একটা বইও। বইটার কোথাও একটা ভুল ছিল। বোর পেপারটা থমসনকে দিয়েছেলেন পড়ার জন্য। আর সেইসঙ্গে থমসনের ভুলত্রুটির কথাও তুলেছিলেন। থমসন বোধহয় ভুলটা তখন মানতে পারেননি।

যাইহোক, থমসন বোরের থিসিস পেপারটা পড়ে দেখবেন বলে আশ্বাস দিলেন। কিন্তু কাজের চাপের তিনি সেটার কথা ভুলে গিয়েছিলেন। দিনের পর দিন কেটে যায়, থমসনের কাছ থেকে জবাব আসে না। বোর হতাশ হয়ে পড়েন। বোরের মনের কোণে হয়তো একটা আশা ছিল, থমসন তাঁর পেপারটা পড়ে দেখলে নিশ্চয়ই তিনি থমসনের সাথে কাজ করার সুযোগ পাবেন। কিন্তু সে সুযোগ আর হয়নি বোরের।

হতাশ বোর চলে গেলেন ম্যাঞ্চেস্টারে। সেখানকার ফিজিওলজি বিভাগের গবেষক লোরেল স্মিথ। বোরের বাবার ছাত্র। তিনিই বোরকে পরিচয় করিয়ে দিলেন থমসনের একসময়ের ছাত্র রাদারফোর্ডের সাথে। সেই বছরই রাদারফোর্ড তাঁর পরমাণু মডেল প্রকাশ করেছেন। রাদারফোর্ডের কাছ থেকে বোর পেলেন উষ্ণ অভ্যার্থনা। সুযোগ পেলেন রাদাফোর্ডের অধীনে কাজ করার। ওদিকে থমসন নিজেকে গুটিয়ে নিলেন ইলেকট্রন ও পরমাণু বিষয়ক কর্মকা- থেকে। থমসনের সাথে তাই দূরত্বটাও বাড়ল বোরের।

দুই
রাদারফোর্ড অনেক আন্তরিক ছিলেনে ছাত্রদের ব্যাপারে। এই বিষয়টাই ভালো লাগে বোরের। শুধু বোর নয়, সব ছাত্রদের কাছেই রাদার্ফোড ছিলেন প্রিয়ভাজন। রাদারফোর্ড কতটা আন্তরিক ছাত্রদের ব্যাপারে, একটা উদাহরণেই সেটা স্পষ্ট হতে পারে। তাঁর অধীনে গবেষণা করা ১১ জন ছাত্র পরবর্তীকালে নোবেল পেয়েছিলন! সেই রাদাফোর্ডও কিন্তু একটা ভুলের ব্যাপারে একমত হতে পারেননি বোরোর সাথে। সে গল্প পরে হবে।

জর্জ হেভেসি

জর্জ হেভেসি

ম্যাঞ্চেস্টারে গিয়েও বোর ভাষাগত দুর্বলতা নিয়ে অস্বস্তিতে পড়েছিলেন। এসময় তাঁর সাথে পরিচয় হয় হাঙ্গেরিয়ান রসায়নবিদ জর্জ হেভেসির সাথে। পরম বন্ধুতে পরিণত হন দুজন। হেভেসিই বোরকে পরমাণু ও তেজস্ক্রিয়তা বিষয়ে নানা তথ্য দেন। এর আগ পর্যন্ত এসব বিষয়ে বোরের গভীর জ্ঞান ছিল না। হেভেসির মাধ্যমেই বোর জানতে পারেন রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের কথা।

বোরকে তখন পরমাণুর নেশায় পেয়ে বসে। লেগে পড়েন পরমাণুর ভেতরের খবরে সন্ধানে। এবং সেটা করতে গিয়েই ভুল বেরিয়ে পড়ে গুরু রাদাফের্ডের মডেলের। সে কাহিনি অবশ্য আরও লম্বা।

বোরকে পরমাণুর ভেতর জগৎ সম্পর্কে আগ্রহী তোলেন হেভেসি, দ্রুতই বোরের পারমাণবিক জ্ঞান হেভেসিকে ছাড়িয়ে যায়। সে সময় হেভেসি কাজ করছিলেন তেজস্ক্রিয় মৌল নিয়ে। তিনি একটা জটিল সমস্যায় পড়েছিলেন। সিসা আর রেডিয়াম-ডি এর মধ্যে পার্থক্য করতে পারছিলেন না হেভেসি। কারণ লেড বা সিসার পরমাণুতে ইলেকট্রন সংখ্যা ৮২, তেমনি রেডিয়াম-ডিতে ৮২টা ইলেকট্রন আছে। রাসায়নিক ধর্ম প্রায় এক। কিন্তু এদের ভৌত ধর্মে বেশ কিছু পার্থক্য দেখা যায়। অন্তত পদার্থবিজ্ঞানের দৃষ্টিকোণ থেকে। এদের পারমাণবিক ভর এক নয়। লেড এর পারমাণবিক ভর ২০৭ আর রেডিয়াম নিউক্লিয়াসের ভর ২১০। তাই নামও আলাদা।

তখনো প্রোটন আর নিউট্রন আবিষ্কার হয়নি। তাই আইসোটোপ সম্পর্কেও স্বচ্ছ ধারণা ছিল না বিজ্ঞানীদের। তখন তেজস্ক্রিয়তাকে বস্তুর পারমাণবিক ধর্ম বলে মনে করা হত। কিন্তু রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় এই দুই মৌলকে কখনোই আলাদা করা যায় না। তখন বোর ভাবলেন অন্যরকম ভাবনা। তেজস্ক্রিয় ঘটনাকে আর তিনি পারমাণবিক ঘটনা বলে মানতে পারলেন না। বরং রাদারফোর্ড যে নিউক্লিয়াসের কথা বলেছেন, তেজস্ক্রিয়তার মূলে রয়েছে সেই ঘন, ভারি বস্তুটাই। তিনি পরমাণুর নিউক্লিয় ও পারমাণবিক ধর্মের আলাদা আলাদা ব্যাখ্যা দেওয়া প্রয়োজন মনে করছিলেন।

বোর মনে করতেন, পরমাণুর ভেতরে কতগুলো ইলেকট্রন থাকে সেটা পারমাণবিক ধর্মের সাহায্যে ব্যাখ্যা করতে গেলে ভুল হবে। আসলে নিউক্লয়াসের চার্জই নির্ধারণ করে দেয় পরমাণুতে কতটা ইলেকট্রন থাকবে। তিনি একটা নিয়মও তৈরি করলেন। তাঁর নিয়ম অনুসরণ করে তখন পর্যন্ত আবিস্কৃত সবচেয়ে ভারি ইউরেনিয়াম পরমাণুর নিউক্লিয়াসে ৯২ টি ধনাত্মক চার্জের মেটামুটি ব্যাখ্যা দেওয়া যেত।

আলফা কণা যে হিলিয়ামের নিউক্লিয়াস সেটা রাদারফোর্ডই দেখিয়েছিলেন। কিন্তু বেটা আর গামা নিয়ে সন্দেহ ছিল। তাছাড়া আলফা কণা কীভাবে নিউক্লিয়াস থেকে বেরোয় এ সম্পর্কেও কোনো ধারণা ছিল না, রাদারফোর্ড কিংবা অন্য বিজ্ঞানীদেরও। বোর একটা ব্যাখ্যা দেওয়ার চেষ্টা করলেন। তেজস্ক্রিয় পরমাণু কীভাবে আলফা কণা নিঃস্বরণ করে সে বিষয়ে একটা ব্যাখ্যা দাঁড় করানোর চেষ্টা করলেন। উদাহরণ হিসেবে টেনে আনলেন ইউরেনিয়ামকে। বললেন, ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের ৯২ টি ধনাত্মক চার্জ থাকে। ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াস আলফা কণা নিঃসরণ করে দুটি ধনাত্মক চার্জ হারাবে। ফলে সেই নিউক্লিয়াসের চার্জ কমে দাঁড়াবে ৯০-এ। অর্থাৎ তখন সেটা আর ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াস থাকবে না। পরিণত হবে থোরিয়াম নিউক্লিয়াসে।

প্রিয় পাঠক, এক্সরে ও তেজস্ক্রিয়তা পর্বে আমরা বিশুদ্ধ ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয়তা কমে যাওয়ার কথা বলেছিলাম। বলেছিলাম সেই সমস্যার সমাধান করেন রাদারফোর্ড ও সডি। আসলে সডির আগেই বোর একই কথা বলেন। বলেন, ইউরেনিয়াম পরমাণু রশ্মি বিকিরণ করে সরাসরি সীসায় পরিণত হয় না। এর মাঝে কিছু ক্ষণস্থায়ী তেজস্ক্রিয় মৌল উৎপন্ন হয়। অর্থাৎ আলফা কণা বিকিরণ করে এক ধরনের মৌল সম্পূর্ণ ভিন্ন মৌলে রূপান্তরিত হতে পারে।

এই বিষয় নিয়ে বোর রাদারফোর্ডের সাথে আলাপ করেন। কিন্তু রাদারফোর্ড বোরের প্রস্তাব মানতে পারেননি। হয়তো বোর ঠিকভাবে বোঝাতে পারেননি রাদারফোর্ডকে। পরে অবশ্য একইরকম প্রস্তাব নিয়ে যান সডি। সডির প্রস্তাব মনে ধরে। রাদাফোর্ড আর সডি মিলে একটা গ্রহণযোগ্য ব্যাখ্যা দাঁড় করান। সে গল্প করা হয়েছ একাদশ অধ্যায়ে। দুর্ভাগ্যবশতঃ বোরের কাছ থেকে আসা একই তত্ত্ব মানতে পারেননি রাদারফোর্ড।

চার্লস গ্যালটন ডারউইন

চার্লস গ্যালটন ডারউইন

কিন্তু বোর দমে যাননি। কমেনি তাঁর পরমাণুর ভেতরের প্রতি আগ্রহও। সেই সময় নতুন একটা গবেষণা প্রবন্ধ দৃষ্টি আকর্ষণ করে বোরের। প্রবন্ধটির লেখক চার্লস গ্যালটন ডারউইন। প্রাকৃতিক নির্বাচনের প্রবক্ত চার্লস ডারউইনের নাতি এই গ্যালটন ডারউউন। কিন্তু পিতামহের মতো জীব বিজ্ঞানে আকর্ষিত হননি জুনিয়র ডারউইন। হয়েছিলেন পদার্থবিদ এবং রাদারফোর্ডের অধীনেই গবেষণা করছিলেন তিনি।

ডারউইনের প্রবন্ধের বিষয়বস্তু ছিল আলফা কণার ভেদনক্ষমতা। কেন আলফা কণা ধাতব পাতের ভেতর দিয়ে বেশিদূর যেতে পারে না, তার একটা ব্যাখ্যা দেওয়ার চেষ্টা করেছিলেন তিনি। সেটার জন্য তিনি রাদাফোর্ডের আলফা কণা পরীক্ষার ফলাফলকে খুব বেশি গুরুত্ব দেননি বোধহয়। রাদাফোর্ড মডেলে ইলেকট্রনের বিন্যাস কেমন সে সম্পর্কেও গভীর ধারণা ছিল না ডারউইনের। তাই আলফা কণারা যে ধাতব পাতের ভেতর শক্তি হারিয়ে ফেলে, তারজন্য ডারউইন পরমাণুর কক্ষপথের ইলেকট্রনকে দায়ী করেন।

ডারউইন ভাবলেন, ইলেকট্রনের আকর্ষণই আলফা কণাকে থামিয়ে দেয়। এজন্য তিনি যে তত্ত্ব দাঁড় করালেন সেটা নিউক্লিয়াসের চার্জের পরিমাণ ও পরমাণুর ব্যসার্ধের ওপর নির্ভরশীল। কিন্তু হিসাব-নিকাশ করে পরমাণুর যে ব্যাসার্ধ পেলেন, সেটা সঠিক নয়। ডারউইন ব্যার্থ হলেন। হতাশ হলেন। তাঁর ভুলটা কোথায় সেটা বুঝতে পারলেন না।

15644220_1208544392559300_165751363_n

পরমাণুর ইলেক্ট্রন বিন্যাস

ডারউইনের ভুলটা সহজেই ধরতে পারলেন নীলস বোর। তিনি বুঝলেন, ডারউইন ঠিকঠাক মতো পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাস বুঝতে পারেননি। তিনি পরমাণুর ভেতরের ইলেকট্রনকে সাদামাঠাভাবে মুক্ত ইলেকট্রন হিসেবে ধরে নিয়েছিলেন। কিন্তু ইলেকট্রন আর নিউক্লিয়াসের ভেতর যে একটা শক্তিশালী আকর্ষণ বল কাজ করে, সেটা ডারউইনের তত্ত্বে অনুপস্থিত। ডারউইনের এই ভুলই বোরকে ভাবনার খোরক যোগায়। তিনি ভুলের একটা গাণিতিক সংশোধন খুঁজতে আরম্ভ করলেন। সেই সাথে রাদারফোর্ড মডেলের ত্রুটি নিয়েও ভাবতে শুরু করলেন।

রাদাফোর্ড জানতেন, বোর তাঁর মডেলের ত্রুটি-বিচ্যুতি নিয়ে মাথা ঘামাচ্ছেন না, খুঁজছেন ডারউইন মডেলের ত্রুটি। তাই রাদাফোর্ডের আর অসন্তুষ্ট ছিলেন না তাঁর ডেনিশ ছাত্রটির প্রতি। তিনি জানতেন না, বোর তাঁর পারমাণবিক মডেলে ছুরি চালিয়ে আগের সব ধারণাই বদলে দিতে যাচ্ছেন আমূলে!

[বইটির সূচীপত্র এবং সব খন্ডের লিংক একত্রে দেখুন এখানে]

-আব্দুল গাফফার রনি
বিজ্ঞান লেখক
[লেখকের ফেসবুক প্রোফাইল]

Share.

মন্তব্য করুন