ভূমিকা –

“Quantum electrodynamics: A chink in the armour?” এটাই ছিলো Nature journal এর ৪৬৬তম সংখ্যায় এ বিষয়ের আর্টিকেলের শিরোনাম। Dr. Randolf Pohl এর নেতৃত্বে ৩২ জন বিজ্ঞানীর একটি দল Switzerland এর Paul Scherrer Institute (PSI) এ muonic hydrogen spectroscopy পরীক্ষা চালিয়ে যাচ্ছিলেন। গত ৫ জুলাই ২০০৯ সালে এর সফলতা আসে। অতঃপর এ বিষয়ের আর্টিকেলটি প্রায় সাড়ে ন’মাস পর Nature journal এ ২০ মার্চ ’১০ প্রেরণ করা হয়। Nature এর নিরীক্ষকগণ ১ জুন ’১০ এটা প্রকাশের জন্য গ্রহণ করেন। অবশেষে গত জুলাই ০৭, ’১০ অনলাইনে আর জুলাই ০৮, ’১০ প্রিন্ট আকারে প্রকাশ পায়।

Journal reference: Nature, 466

(মূল জার্নালটি অবশ্য নেচারে অ্যাকাউন্ট না থাকলে বা অনলাইনে পেমেন্ট দিতে না পারলে দেখতে পারবেননা।)

ব্লগার উদাসী স্বপ্ন এ নিয়ে গত ১২ জুলাই ২০১০ পোস্ট দিয়েছিলেন –

আর্টিকেলের শুরুটা বেশ সহজ -“A measurement of the size of the proton, obtained using spectroscopy of an exotic atomic system, yields a result of unprecedented accuracy — but in disagreement with values obtained by previous methods.”। কিন্তু পরের কথাগুলোর অনেকটাই bound-state quantum electrodynamics (QED) এর অন্তর্ভূক্ত। Quantum Physics এর এক নতুন শাখা এই QED। বিষয়টা হচ্ছে সাম্প্রতিক সূক্ষ পরিমাপে প্রোটনের চার্জ রেডিয়াস আরও কম পাওয়া গিয়েছে। আসলে প্রোটন এমনকি অ্যাটমের জ্যামিতিক রেডিয়াস নেই। অ্যাটমের ক্ষেত্রে সুক্ষুদ্র নিউক্লিয়াসের চতুর্দিকে বিভিন্ন আকৃতির বিভিন্ন অর্বিটালে ইলেক্ট্রন ক্লাউড ঘুরে বেড়ায়। সুতরাং প্রচলিত অর্থে তার ব্যাসার্ধ বার করা সম্ভব নয়। আবার প্রোটনও তিনটি কোয়ার্ক এবং গ্লুয়ন দিয়ে তৈরী। তাকে সাধারণভাবে গোলক কল্পনা করলেও তারও ব্যাসার্ধ বার করা সম্ভব হয়না। এক্ষেত্রে যেটা বার করা হয় তা হচ্ছে তার চার্জ রেডিয়াস, অর্থাৎ কত দূরত্ব পর্যন্ত তার ধনাত্মক চার্জ পাওয়া যায়। ১৯৬০ এর পর থেকেই পদার্থবিদগণ বিভিন্ন পরীক্ষার মাধ্যমে প্রোটনের চার্জ রেডিয়াস পরিমাপ করে আসছেন। এবারের পরীক্ষায় বেশ কিছু নতুন প্রযুক্তি যেমন টাইটানিয়াম-স্যাফায়ার ডিস্ক লেজার, সবচেয়ে শক্তিশালী muonic বীমের সোর্স ইত্যাদি ব্যবহার করা হয়। আসুন প্রাঞ্জল বাংলা ভাষায় আমরা ব্যাপারগুলো বোঝার চেষ্টা করি। একই সাথে কোয়ান্টাম মেকানিকস তথা কোয়ান্টাম ফিজিক্সের কিছু বিষয়ও এখানে পরিষ্কার হবে বলে আশা করছি (সেক্ষেত্রে অবশ্য বিষয়গুলো মাঝে মাঝে কিছুটা প্রসঙ্গান্তরে চলে যাবে)।

এ পোস্টের রেফারেন্স লিস্ট এত দীর্ঘ যে তা আরেকটা পোস্টের দাবী রাখে। সবশেষে কেবল সহজ ভাষায় প্রকাশিত অথচ গুরুত্বপূর্ণ কিছু রেফারেন্স কোট করা হবে।

শুরুতেই ডীপ ইনইলাস্টিক স্ক্যাটারিং, ল্যাম্ব শিফ্ট, 2S – 2P ট্র্যানজিশান,রাইডবার্গ কন্সট্যান্ট এগুলোতে কামড় না দিয়ে আসুন আমরা অতীত ইতিহাস ধরে এগোই। এতে করে মাড়ী আর চোয়ালের ভাল ব্যায়ামও হবে, সে সাথে দাঁতের ধারও বাড়বে। আলোচনার সুবিধার্থে পরমাণুবাদের গোড়া থেকেই শুরু করি।

প্রাচীন পরমাণুবাদ –

জন ডাল্টনের বিলিয়ার্ড বল মডেল ছিলো তার পূর্বের প্রায় আড়াই হাজার বছরের বিজ্ঞানের বিভিন্ন শাখার গবেষণার উত্তরসুরী। পরমাণু বিষয়ে বর্তমান বিজ্ঞানের যে ধারণা তার বেশ কিছুই এসেছে বিজ্ঞানের অন্যান্য শাখার গবেষণার ওপর ভিত্তি করে। হয়তো কোন এক বিজ্ঞানীর গবেষণা সরাসরি পরমাণু বিষয়ক জ্ঞান বৃদ্ধি করেনি কিন্তু তার আবিষ্কৃত সূত্রাবলী বা পরীক্ষা পদ্ধতি পরবর্তী কোন পরমাণু বিজ্ঞানীকে তার গবেষণায় সাহায্য করেছে। এভাবেই বর্তমান বিজ্ঞানের Standard Model তার বর্তমান অবস্থানে এসে দাড়িয়েছে।

বিগত খ্রীষ্টপূর্ব ৬শ শতকে প্রাচীন ভারতীয় জৈনদের মাঝে পরমাণুবাদের ধারণা প্রচলিত ছিলো। তবে লিখিত ইতিহাস মানেইতো গ্রীকদের ইতিহাস। তাই প্রায় খ্রীষ্টপূর্ব ৫শ শতকে দার্শনিক লিউকিপ্পাস (Leucippus) এ বিষয়ে প্রথম আলোকপাত করেন। তার ছাত্র দার্শনিক ডেমোক্রিটাস (Democritus) প্রায় খ্রীষ্টপূর্ব ৪৫০ এ বিষয়ে নিয়মতান্ত্রিক উপায়ে প্রথম বক্তব্য রাখেন। তিনিই প্রথম atomos (indivisible) শব্দটি ব্যবহার করেন।



ডেমোক্রিটাসের ধারণা ছিলো সব বস্তই দু’য়ের সংমিশ্রণ – Atom এবং Void।


তার প্রস্তাবিত মডেলের উল্লেখযোগ্য দিকগুলো ছিলো-
১. অ্যাটমরা শুন্যে ভাসমান কণা
২. অ্যাটমদের গতি রয়েছে
৩. বস্তু সমূহ অ্যাটমের জন্যই আলাদা আলাদা হয়
৪. অ্যাটমের মাধ্যমে জীবন সম্পর্কে ভবিষ্যতবাণী করা যাবে

এর মাঝে শেষোক্তটি ছাড়া আর বাকীগুলো কমবেশী সঠিক বলা যায়। কেবল pure thought পদ্ধতি অনুসরণকারী এক দার্শনিকের কাছ থেকে যথেষ্ট জোরালো যুক্তি বৈকী। কিন্তু সে সময়ের সর্বাধিক খ্যাত এবং জনপ্রিয় দার্শনিকদ্বয় প্লেটো এবং অ্যারিস্টটল এ মতবাদকে অবজ্ঞা করেন। ফলশ্রুতিতে এরপর বহুকাল আর পরমাণু নিয়ে তেমন চর্চা হয়নি।

এরপর এলো আলকেমিস্টদের পালা। যদিও তারা পরমাণু সংক্রান্ত ধারণায় তেমন কোন অবদান রাখতে পারেনি তবে তারা প্রথম পরীক্ষা এবং পর্যবেক্ষণ এই পদ্ধতির প্রচলন করে যা বর্তমান বিজ্ঞানের মূলভিত্তিগুলোর অন্যতম। গ্রীকদের বিশুদ্ধ চিন্তার গন্ডী পেড়িয়ে বিজ্ঞান এক নতুন পথে যাত্রা শুরু করলো।

ধরা হয়ে থাকে ১৩শ শতকের প্রথম দিকে ইংরেজ দার্শনিক ও পাদ্রী রজার বেকন প্রথম নিয়মতান্ত্রিক উপায়ে বৈজ্ঞানিক পরীক্ষা করেন এবং “পরীক্ষণ, পর্যবেক্ষণ, সিদ্ধান্ত” এই পদ্ধতির সুস্পষ্ট রূপ দেন। যদিও তিনি তার জীবদ্দশায় এ বিষয়ে কিছু প্রকাশ করেননি।

১৬শ শতকের শেষপ্রান্তে রাণী প্রথম এলিজাবেথের সময় মোটামুটিভাবে প্রকাশ্যে বিজ্ঞানচর্চা শুরু হয়। ইংরেজ চিকিৎসক এবং প্রকৃতি বিষয়ক দার্শনিক উইলিয়াম গিলবার্ট তার বিখ্যাত বই De Magnete প্রকাশ করেন। তিনি ১৬০০ সালে electricus (like amber) শব্দটি ব্যবহার করেন যা পরবর্তীতে বদল করে ১৬৪৬ সালে Thomas Browne electricity হিসেবে ব্যবহার করেন। Electricus শব্দটি প্রায় ১২০০ থেকেই প্রচলিত। কিন্তু গিলবার্টই like amber এর আকর্ষিক ধর্ম সম্বন্ধে এটি ব্যবহার করেন। তিনি amber জাতীয় পদার্থের ঘর্ষণে পরস্পরের মাঝে এক ধরণের আকর্ষণ বল দেখতে পান।



অর্থাৎ এক অর্থে তিনি ইলেকট্রিকাল চার্জ আবিষ্কার করেন।

প্রায় সমসাময়িক ইতালীয় দার্শনিক, গণিতবিদ ও প্রকৌশলী নিকোলো ক্যাবেও দেখতে পান যে চার্জিত বস্তু চার্জ নেই এমন বস্তুকে আকর্ষণ করে। সেই সাথে তিনি এও দেখেন যে দু'টি চার্জড্ বডি পরস্পরকে বিকর্ষণও করে থাকে।

অবশেষে বেন্জামিন ফ্র্যাঙ্কলিন ১৮শ শতকে পজিটিভ ও নেগেটিভ ইলেকট্রিসিটির ধারণা দেন। তখন ধারণা করা হতো, বিদ্যুৎ এক ধরণের তরল এবং তা “vitreous” এবং “resinous” এ দুই ধরণের। তিনি বলেন যে বিদ্যুৎ একই ধরণের তরল এবং চাপ বা পরিমাণ বেশি থাকলে তা ধণাত্মক এবং নাহলে ঋণাত্মক। ১৭৫২ সালের ১৫ জুন তিনি তার সেই বিখ্যাত ঘুড়ি ওড়ানো পরীক্ষা চালিয়েছিলেন বলে মনে করা হয়।

১৭৮৩ সালে ফরাসী পদার্থবিদ Charles Augustin de Coulomb তার বিখ্যাত “কুলম্ব’স ল” প্রকাশ করেন। অবশ্য জোসেফ প্রিস্টলী এবং ক্যাভেন্ডিশও এ বিষয়ে ধারণায় পৌছেছিলেন। এই সূত্র পরবর্তীতে আর্নেস্ট রাদারফোর্ডকে তার পরমাণু মডেল ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করেছিলো।



এদিকে ১৮শ শতকের মাঝামাঝি আধুনিক রসায়নের জনক হিসেবে খ্যাত ফরাসী রসায়নবিদ ল্যাভয়সিয়ে প্রমাণ করেন যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় বস্তু যাদুমন্ত্রবলে অদৃশ্য হয়ে যায়না। যা ঘটে তা হচ্ছে তার রূপান্তর। তিনি conservation of mass সূত্র প্রবর্তন করেন।



১৮শ শতকের শেষভাগে আরেক ফরাসী রসায়নবিদ জোসেফ প্রাউস্ট বিভিন্ন এলিমেন্ট সহযোগে যৌগ তৈরীর ক্ষেত্রে তার সূত্র constant and definite proportions প্রবর্তন করেন। পরবর্তীতে ডাল্টনের পরমাণুবাদের মাধ্যমে এর ব্যাখ্যা পাওয়া যায়। তিনি এটাও বলেন যে যত ধরণের মৌল আছে তত ধরণের পরমাণু আছে।

প্রাচীন গ্রীক মতবাদ, আলকেমিস্টদের বিভিন্ন পরীক্ষা পদ্ধতি, সভ্য জগতের বিভিন্ন বিজ্ঞানীর কর্ম পদ্ধতি ও ব্যাখ্যা ইত্যাদি প্রায় আড়াই হাজার বছরের সুদীর্ঘ পথ পাড়ি দিয়ে অবশেষে জন ডাল্টন তার পরমাণুবাদ ব্যক্ত করেন। আসলে কণা-পদার্থবিদ্যার ইতিহাস সুদীর্ঘ। পরমাণুর আরেক বৈশিষ্ট তার “বন্ধনী (valence)” যা দিয়ে অণু তৈরী হয়। বন্ধনী ও অণুর বিশেষত গ্যাসের অণুসমূহের বিভিন্ন গবেষণাও পরমাণু বিজ্ঞানের দিক নির্দশনা দিয়েছে। সে দিক দিয়ে Gay-Lussac কিংবা অ্যাভোগ্যাড্রো’র নামও এসে যায়। এমনকি সত্যি কথা বলতে গ্যালিলিও নিজেও পরমাণুবাদে বিশ্বাস করতেন, তবে তার এতদসংক্রান্ত থিওরী তেমন পরিণত ছিলোনা। আইজাক নিউটন বলেছিলেন-

“Quest. 31. Have not the small Particles of Bodies certain Powers, Virtues, or Forces, by which they act at a distance, not only upon the rays of light for reflecting, refracting, and inflecting them, but also upon one another for producing a great part of the Phenomena of nature?...” (Opticks, Book 3, Part 1)

এভাবে অনেক প্রাচীন বৈজ্ঞানিকের নিরলস সাধনা আর পরীক্ষা পদ্ধতির কাঁধে চেপে particle physics তার বর্তমান অবস্থানে এসে পৌছেছে। সকল প্রাচীন বিজ্ঞানীদের প্রতি শ্রদ্ধা জানিয়ে এ পর্ব শেষ করছি।

আগামী পর্বে ডাল্টনের পরমাণুবাদ এবং আরও কয়েকটি অখ্যাত পরমাণু মডেলের বিষয় আলোচনা হবে। সেই সাথে ক্যাথোড রে, পরমাণু মডেলের এক গুরুত্বপূর্ণ সদস্য ইলেক্ট্রনের আবিস্কার ও তার দু’একটি বিষয় ইত্যাদির আলোচনা হবে।

সবাইকে আগামী পর্বসমূহ পড়ার আমন্ত্রণ জানিয়ে শেষ করছি।

পর্ব - ২