কৃষ্ণগহ্বর-৮ : পরমাণুর কথা

যীশু খ্রিস্টের জন্মেরও ৫০০ বছর আগের কথা। ভারতে কণাদ নামে একজন দার্শনিক ছিলেন। সেই কণাদ বললেন, বস্তুকে ভাঙতে ভাঙতে এমন একটা পর্যায়ে পৌঁছে যাবে তখন আর সেটাকে ভাগ করা যাবে না। অবিভাজ্য সেই বস্তু কণার বিষয়ে খুব বেশি ব্যখ্যা করতে পারেননি কণাদ। তবে একটা জায়গায় তিনি ভীষণ সফল। অনেক ঐতিহাসিক মনে করেণ, আমরা কথায় কথায় ‘কণা’র কথা বলি, যার অর্থ বস্তুর খুব সূক্ষ্ম অংশ, সেই কণা শব্দটা এসেছে কণাদের নাম থেকেই।

সেযুগে ভারত থেকে মধ্য এশিয়া হয়ে ইউরোপ পর্যন্ত আরব বণিক আর যাযাবরদের চলাফেলা ছিল। তাঁদের মাধ্যমেই ছড়িয়ে পড়ত এক দেশের জ্ঞান আরেক দেশে।

তখন একজন দার্শনিক ছিলেন গ্রিসে। লিউসিপ্পাস। তিনি খুব ভালভাবে উপলব্ধি করেন, কোনো বস্তুকে ইচ্ছে মত একের পর এক ভাঙা যাবে না। ভাঙতে ভাঙতে এমন একটা অবস্থায় পৌঁছাবে, তখন আর বস্তুটিকে শত চেষ্টা করলেও সম্ভব নয় ভাঙা। বস্তুটি পৌঁছেবে একটা ক্ষুদ্রতম আকারে। কিন্তু সেই ক্ষুদ্রতম আকারের নাম-ধাম, বৈশিষ্ট্য কেমন হবে একথা বলে যাননি লিউসিপ্পাস।

পরমাণু তত্ত্বের সবচেয়ে আলেচিত প্রবক্তা ডেমেক্রিটাস। লিউসিপ্পাসের ছাত্র। ডেমেক্রিটাস বস্তুর ক্ষুদ্রতম অবস্থার নাম দিলেন, ‘অ্যাটোম’। অ্যাটোম শব্দের অর্থাৎ অভিভাজ্য। বাংলায় আমরা যাকে বলি ‘পরমাণু’। কণাদ বা লিউসিপ্পাসের মতো ডেমেক্রিটিসের পরমাণুকেও আধুনিক পরমাণুর সাথে মেলানো যাবে না। কিন্তু ডেমোক্রিটাসের সাফল্যটা অন্য জায়গায়। তিনি বস্তুর ক্ষুদ্রতম কণার যে নামটা দিয়েছিলেন। আড়াই হাজার পরেও সেই ‘অ্যাটোম’ নামটা বহাল তবিয়তে রয়েছে বিজ্ঞানের রাজ্যে।

ডেমেক্রিটাসের জীবদ্দশাতেই জন্ম সর্বকালের অন্যতম সেরা দার্শনিক অ্যারিস্টোটলের। ডেমোক্রিটাসের পরমাণু তত্ত্ব মানতে পারেননি অ্যারিস্টোটল। তিনি ভাবতেন, বস্তুকে ইচ্ছে মত একের পর এক ভাঙা যায়। সেই মত তিনি প্রকাশ্যে প্রচারও করেন।

তবে ডেমোক্রিটাসকে সবাই কিন্তু উড়িয়ে দেননি।খ্রিস্টপূর্ব তৃতীয় শতকের দার্শনিক ছিলেন এপিকারুস, লুক্রেটিয়াস পরমাণুবাদ প্রচারের চেষ্টা চালান। তা আলোর মুখ দেখেনি।

এরপর মধ্যযুগে এসে নিউটন, পিয়েরে গাসেন্ডি, রবার্ট বয়েলের, জোসেফ লুই প্রাউস্ট, জ্যাকব বার্জেলিয়াসে হাত ধরে পরমাণু তত্ত্ব এগোয় একটু একটু করে।

ঊনবিংশ শতাব্দীতে সত্যিকার অর্থেই হাওয়া লাগে পরমাণুবাদের পালে। পরমাণুর নাট্যমঞ্চে হাজির ব্রিটিশ গণিতজ্ঞ জন ডালটন। ডালটনকে বলা হয় আধুনিক পরামাণুবাদের জনক। ১৮০৩ সালে তিনি সর্বপ্রথম একটা পরমাণু মডেল দাঁড় করান। সেই মডেলটি  ‘ডালটনের পরমাণু মডেল।’  নামে বিজ্ঞানে পরিচিত।

ডালটন দেখালেন, দুটি আলাদা যৌগিক পদার্থে একই মৌলিক পদার্থ থাকতে পারে। তবে তাদের অনুপাতগুলো আলাদা বলে যৌগদুটিও একে অপরের থেকে আলাদা।

ডালটন পরমাণু বিষয়ে কয়েকটি সিদ্ধান্ত্মে পৌঁছলেন। তিনি বললেন, প্রতিটা মৌল পরমাণু নামে অতি ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কণা দিয়ে তৈরি। একটা নির্দিষ্ট মৌলের প্রতিটা পরমাণুর ভর ও ধর্ম সমান। পরমাণুতে মৌলের বৈশিষ্ট্য অক্ষুণ্ন থাকে। তিনি যৌগিক পদার্থের ক্ষুদ্রতম কণার নাম দিলেন যৌগিক পরমাণু। যৌগিক পদার্থের পরমাণু একাধিক মৌলিক পদার্থের পরমাণু দিয়ে তৈরি।

গ্রিক পরমাণুবাদের চেয়ে ডালটনের পরমাণুবাদ পুরোপুরি আলাদা। এবং বেশ গোছালো। কিন্তু ডালটনের পরমাণুবাদ পুরোপুরি নির্ভরযোগ্য নয়। তবে অস্বীকার করার উপায় নেই ডালটনের পরমাণুবাদ আধুনিক পরমাণুবাদের ভিত্তি গড়ে দিয়েছিল।

ডালটনের পরমাণুবাদ তত্ত্বে ক্রটি ছিল। তবে বাতিল করার উপায়ও ছিল না। তাছাড়া পরমাণু ধরে নিয়ে হিসাব করলে রাসায়নিক ক্রিয়া-বিক্রিয়াগুলোর ফল পেতে বেশ সুবিধাই হয়।

কিন্তু বিজ্ঞান সব সময় প্রমাণ চায়। রাসায়নিক ক্রিয়া-বিক্রিয়ার ফলাফল থেকে পরমাণুর পরোক্ষ প্রমাণ মেলে। কিন্তু সত্যিকারের প্রমাণ তো চাই! কেউ তো আর পরমাণু দেখেননি। তখন দেখার উপায়ও ছিল না। তাই পরমাণু-তত্ত্ব স্বীকার করে নিলেও একটা অস্বসিত্মকর ব্যাপার ছিল বিজ্ঞানীদের মনে।

ডাল্টনের পরমাণুবাদকে একটু শুধরে দিলেন ইতালিয়ান পদার্থবিজ্ঞান অ্যামাদিও অ্যাভোগেড্রো। যোগ করলেন অণু ধারণা। তিনি বললেন, মৌলিক পদার্থের ক্ষেত্রে ঢালাওভাবে পরমাণু-তত্ত্ব চাপিয়ে দেওয়া ঠিক হবে না। হ্যাঁ, মৌলের ক্ষুদ্রতম কণাকে পরমাণু বলতে আপত্তি নেই। কিন্তু যৌগিক পদার্থের ক্ষেত্রেও কেন পরমাণু বলব?

পরমাণু মানে অভিবাজ্য। যৌগিক পদার্থের ক্ষেত্রে ‘পরমাণু’ শব্দটারই অপব্যবহার হয়। ডালটন যাকে যৌগিক পরমাণু বলছেন, সে তো অবিভাজ্য নয়। বেশকটি মৌলিক পরমাণু দিয়ে তৈরি। সুতরাং যৌগিক পদার্থের ক্ষেত্রে ‘মলিকুল’ বা ‘অণু’ বলা হোক।

অণু যৌগিক পদার্থের সেই ক্ষুদ্রতম কণা যাতে ওই যৌগটির ধর্ম ও বৈশিষ্ট্য বজায় থাকে। সেটাকে ভাঙলে আর ওই যৌগের বৈশিষ্ট্য থাকে না। তখন পরমাণুগুলো আলাদা হয়ে যায়। পরমাণুগুলো যে যে মৌলের ড়্গুদ্রতম কণা, সে সে মৌলের ধর্ম ও বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করে।

পরমাণুর প্রথম পর্যবেক্ষণলব্ধ প্রমাণ এলো ব্রিটিশ মিউজিয়ামের উদ্ভিদবিদ রবার্ট ব্রাউনের হাত ধরে। ১৮২৭ সালে ব্রাউন একটা পরীক্ষা চালান। এই পরীক্ষার পেছনে কী উদ্দেশ্য ছিল, তা বিসত্মারিত জানা যায় না। তিনি পানির ভেতর Clarika pulchella নামের এক ধরনের উদ্ভিদের পরাগ-রেণু ছেড়ে দেন। তারপর মাইক্রোস্কোপের ভেতর দিয়ে দেখেন, রেণুগুলো বিক্ষিপ্তভাবে ছোটাছুটি করছে। তার মানে, রেণুগুলোর গতির কোনো শৃঙ্খলা নেই।

কিন্তু কেন?

এ প্রশ্নের অনেক উত্তর হতে পারে।

কোনো কারণে পানি যদি গতিশীল হয় তাহলে হতে পারে এমনটা। হয়তো পাত্রের গায়ে কোনো কিছুর ধাক্কা লেগে তৈরি হয়েছে পানির মৃদু স্রোত। অথবা পানির বাষ্পীভবনের কারণেও হতে পারে।

ব্রাউন পাত্র ও পানির স্থিরতা নিশ্চিত করে আরেকবার পরীক্ষা করে দেখলেন। এবারও একই ফল। পরাগ-রেণুগুলো বিক্ষিপ্তভাবে ছোটাছুটি করছে। সুতরাং ব্রাউন নিশ্চিত হলেন, বাহ্যিক কোনো কারণে পানি গতিশীল নয়। পরাগ-রেণুর ছোটাছুটির অন্য কোনো কারণ আছে।

বিজ্ঞান জগতে সম্পূর্ণ নতুন ও অচেনা এক সমস্যার উদ্ভব হলো। পানি রেণু বা বিভিন্ন পদার্থের গুঁড়োর বিড়্গিপ্তভাবে এই ছোটাছুটির নাম দেওয়া হলো ‘ব্রাউনীয় গতি’। ব্রাউন তাঁর পরীক্ষাটা করেছিলেন ১৮২৭ সালে, তারপর বহুদিন সেই সমস্যা অমীমাংসিত হয়ে পড়ে রইল বিজ্ঞান জগতে।

স্কটিশ পদার্থবিদ জেমস ক্ল্যার্ক ম্যাক্সওয়েল চেষ্টা করেছেন, চেষ্টা করেছেন ফরাসি বিজ্ঞানী জাঁ ব্যপাটিস্ট প্যাঁরা ও বিট্রিশ বিজ্ঞানী থিওডোর সিয়েদবার্গ- ব্রাউনীয় গতির ব্যখ্যা দিতে। কিন্তু নিখুঁত ব্যাখ্যাটা আসছিল না।

অবশেষে মহাবিজ্ঞানী আইনস্টাইনের হাত ধরেই এলো সমাধান। ১৯০৫ সালে।  বিজ্ঞান ইতিহাসের সূবর্ণ বছর। বিখ্যাত জার্মান জার্নাল অ্যানালেন ডার ফ্যুর ফিজিক-এ তিনি পর পর ৫টি প্রবন্ধ প্রকাশ করেন। এর মধ্যে তিনটি ছিল বিশেষ আপেক্ষিকতা নিয়ে। আরেকটার বিষয় ছিল ফটো তড়িত্ ক্রিয়া। আর তৃতীয়টি হলো ব্রাউনীয় গতির গাণিতিক ব্যাখ্যা। আইনস্টাইন এই ব্যাখ্যার জন্য হাত বাড়ান ম্যাক্সওয়েলের দিকে। গাণিতিক সমীকরণের দিকে। পরমাণু-তত্ত্বের পক্ষে অকাট্য প্রমাণ এটা।

১৮৯৭ সালে স্যার জে. জে থমসন টেলিভিশনের পিকচার টিউবের মতো একটা ড়্গরণনলে পরীড়্গা-নীরিড়্গা করছিলেন। হঠাত্ একদিন লড়্গ করলেন, টিউবের টকটকে লাল ধাতব উত্তপ্ত ফিলামেন্ট থেকে নেগেটিভ চার্জযুক্ত একধরনের কণা নির্গত হচ্ছে। এর ভর পরীড়্গা করে দেখা গেল, এই কণা হাইড্রোজেনের পরমাণুর ভরের চেয়েও একহাজার গুণ হালকা। হাইড্রোজেনের পরমাণু মৌলিক পদার্থের পরমাণুগুলোর মধ্যে সবচেয়ে হালকা।

ঊনবিংশ শতাব্দীর মাঝ বরাবর বায়ুশূন্য কাঁচনল নিয়ে ব্যাপক গবেষণা হয় বৈজ্ঞানিক মহলে। তার কারণ কাঁচনলের ভেতর বিদ্যুত্প্রহাহিত করলে এর ভেতর এক ধরনের আলোর ঝলক দেখা যায়। এই গবেষণার অন্যতম পথিকৃত্ জুলিয়াস প্লকার। পস্নাকারের সেই কাঁচনলের ভেতর দুটি ধাতব দণ্ডও যুক্ত করা হয়। অ্যানোড এবং ক্যাথোড দণ্ড।

দণ্ড দুটির এক প্রান্ত কাঁচের টিউবের ভেতরে, অন্য প্রান্ত থাকে টিউবের বাইরে। পস্নাকার একটা বিদ্যুৎ উেসর দুই প্রান্ত্ম যুক্ত করে দিলেন কাঁচের টিউবের সাথে আটকানো দুটি ধাতব দণ্ডের সাথে। অ্যানোড আর ক্যাথোডের সাথে সরাসরি কোনো সংযোগও নেই। তাই সেকালের জ্ঞান অনুযায়ী ধাতব দদণ্ড দুটিতে বিদ্যুৎ সংযোগ দিলেও কাচের টিউবের ভেতর কোনো ঘটনা ঘটার কথা নয়।

তবু ঘটল। পস্নাকার দেখলেন, ক্যাথোডের কাছাকাছি এক ধরনের সবুজ আলোর আভা দেখা যাচ্ছে, যেটাকে আজকাল ক্যাথোড রশ্মি নামে ডাকা হয়। কী এই ক্যাথোড রশ্মি?

এই রহস্য সমাধান করতে উঠেপড়ে লাগলেন বেশ কয়েকজন বিজ্ঞানী। ব্রিটিশবিজ্ঞানী হেনরিখ হার্জ। সাথে পস্ন্যাকার তো আছেনই। আছেন আরো ইউগেন গোল্ডস্টাইন এবং জোহান উইলহেম হিটর্ফ এবং উই।

তাঁরা বুঝতে চাইলেন, এই যে আলোর ঝলক দেখাচ্ছে ক্যাথোড রশ্মি। এটা আসলে কি? কণা না আলোক তরঙ্গ। হার্জেও মত্ ছিল তরঙ্গের পক্ষে। অন্যদিকে প্ল্যাকার, ক্রুকস, গোল্ডস্টাইন আর হিটর্ফদেও মত্ ছিল কণার পক্ষে।

১৮৮৫ সালে এই গবেষণার সাথে যোগ দেন ব্রিটিশ বিজ্ঞানী স্যার জে জে থমসন। ১৮৯৭ সালে এসে তিনি একটা পরীড়্গা করেন। সেই পরীক্ষা থেকেই নিশ্চিত হলো, ক্যাথোড রশ্মি আসলে ইলেকট্রন কণার স্রোত। থমসন কণাটির ভর ও আকার বের করতে সড়্গম হলেন। ক্যাথোড কণার ভর হলো গ্রাম। এর গতি আলোর গতির দশভাগের এক ভাগ।

ইলেকট্রনের নামকরণ হয়েছে কিন্তু আরো আগে। ১৮৯১ সালে জর্জ জনস্টোন স্টোনি বিদ্যুতের ড়্গুদ্রতম এককের জন্য ইলেকট্রন নামটি প্রসত্মাব করেন। থমসন ক্যাথোড কণা আবিষ্কারের পরেও কিন্তু সেটার নাম ইলেকট্রন বলা হত না।

বিজ্ঞানীরা দেখলেন, ক্যাথোড কণাই সর্বনিম্ন চার্জ ধারণ করে। তাই কিছু বিজ্ঞানীর প্রসত্মাবে ক্যাথোড কণার নাম হলো ইলেকট্রন। ১৯০৬ সালে ইলেক্ট্রনের সঠিক চার্জ নির্ণয় করতে সড়্গম হন মিলিকন। তাঁর বিখ্যাত তৈল-বিন্দু পরীক্ষা থেকে করেন ইলেকট্রনের চার্জ। সেই চার্জের মান ১.৬০২১৭৬৬২ × ১০^-১৯ কুলম্ব।

ততোদিনে পরমাণু বিষয়ক সমস্যার সমাধান হয়ে গেছে। জানা গেছে হাইড্রোজন পরমাণু সম্পর্কে নানা তথ্য। হিসেব করে দেখা গেছে, হাইড্রোজেন পরমাণুর চেয়ে ইলেক্ট্রনের ভর ১৮৩৭ গুণ কম। আকারে তো আরও ছোট।

বিজ্ঞানীরা পড়লেন মহা সমস্যায়।

ইলেকট্রন তাহলে কী?

এতো হালকা কণার কোন সম্ভব নয়ও বস্তুতে থাকা সম্ভব নয়।

তাহলে এটা কোথা থেকে এলো?

যেহেতু হাইড্রোজেনের পরমাণুর চেয়ে হালকা তাহলে এটা পরমাণুর ভেতর থেকেই নির্গত হয়েছে বলে মনে করলেন থমসন। তাঁদের এই ধারণা দ্রুত প্রমাণ হলো। আবিষ্কার হলো নতুন কণা ইলেকট্রন। নড়েচড়ে বসলেন দুনিয়ার  বিজ্ঞানীরা। তাহলে পরমাণুও অবিভাজ্য নয়!

আগের সব পর্ব :

কৃষ্ণগহ্বর-৭ : মহাকর্ষের কথা শোনে আলোও

কৃষ্ণগহ্বর-৬ : আপেক্ষিকতা ও আধুনিক মহাকর্ষ

কৃষ্ণগহ্বর-৫ : আলোর কচড়া

কৃষ্ণগহ্বর-৪ : নিউটনের কামান আর পৃথিবীর মুক্তিবেগ

কৃষ্ণগহ্বর-৩ : নিউটনের মহাকর্ষে

কৃষ্ণগহ্বর-২ : মহাকর্ষের পটভূমি

কৃষ্ণগহ্বর-১ : ফিরে দেখা ইতিহাস

-আব্দুল গাফফার রনি
সহসম্পাদক, মাসিক বিজ্ঞানচিন্তা
[লেখকের ফেসবুক প্রোফাইল]

[এই লেখাটি কৃষ্ণগহ্বর ঃ এক মহাজাগতি রহস্যের ঊপাখ্যান বইয়ের অংশবিশেষ। বইটি ২০১৮ সালের অমর একুশে বইমেলায় প্রকাশ করবে অন্বেষা প্রকাশন]