সত্যের দ্বারপ্রান্তে আধুনিক বিজ্ঞান-প্রযুক্তিঃ পরিপ্রেক্ষিত স্ট্রিং থিওরি

 সত্যের দ্বারপ্রান্তে আধুনিক বিজ্ঞান-প্রযুক্তিঃ পরিপ্রেক্ষিত স্ট্রিং থিওরি

                                                                             -মুহাম্মাদ রমজান হোসেন, 

                                                                      সম্পাদক, সায়েন্স-টেক রিভিউ

সূচনাঃ বিগত বিংশ শতাব্দীর আশির দশকের শুরুর দিকে তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়গুলোর একটি হিসেবে স্ট্রিং তত্ত্ব নিজের জায়গা করে নেয়। ওই সময় প্রমাণিত হয়, স্ট্রিং তত্ত্ব গাণিতিকভাবে বিশুদ্ধ একটি তত্ত্ব। এ বিষয়ে গবেষণার ক্ষেত্রে যে একটা জোয়ার আসে, তাকে পদার্থবিজ্ঞানের ইতিহাসে ‘প্রথম স্ট্রিং বিপ্লব’ বলা হয়।

উল্লেখ্য, ১৯৬৮ সালে ইতালীয়ান তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী গ্যাব্রিয়েল ভেনেজিয়ানো  একধরনের ‘accelerator’ নামক বৈজ্ঞানিক যন্ত্রে  ‘Strong Interaction’ (স্ট্রং ইন্টারঅ্যাকশন) বিষয়ে গবেষণায় প্রাপ্ত তথ্য–উপাত্ত বিখ্যাত ‘অয়লার বেটা ফাংশন’ তত্ত্বের সাহায্যে  বিশ্লেষণ করে খুবই কৌতূহলোদ্দীপক একটা বিষয় লক্ষ্য করেছিলেন। ভেনেজিয়ানো দেখলেন, চার–কণার scattering প্রক্রিয়ার অনেক বৈশিষ্ট্যকে এই অয়লার বেটা ফাংশন দিয়ে গাণিতিকভাবে ব্যাখ্যা করা যায়। তাত্ত্বিক পদার্থবিদদের মতে, গ্যাব্রিয়েল ভেনেজিয়ানোর সেদিনের  এই ব্যাখ্যার মধ্যে নিহিত ছিল জগৎ কাঁপানো স্ট্রিং থিওরির বীজ।

এরপর ১৯৭০ সালের দিকে মার্কিন পদার্থবিজ্ঞানী লিওনার্ড সাসকিন্ড, ড্যানিশ পদার্থবিজ্ঞানী হলগার নিয়েলসন ও জাপানি পদার্থবিজ্ঞানী ইয়িচিরো নাম্বু দেখান যে ভেনেজিয়ানোর দেওয়া গাণিতিক বর্ণনাটা আরও যথার্থ হয় যদি কণার বদলে স্ট্রিং (সুতা) কল্পনা করা যায়।

উল্লেখ্য, ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির (Caltech) তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী জন শোয়ার্জের বিশ্বাস ছিল, এই কণার পরিবর্তে স্ট্রিং নেওয়ার বিষয়টি বেশ সাহসী ধারণা এবং এটা একটি বড় তত্ত্বের ইঙ্গিতবাহী। তিনি ও তাঁর সহযোগী গবেষকেরা বিষয়টি নিয়ে ভাবতে থাকলেন এবং তাঁরাই একসময় এটাকে একটা তত্ত্ব হিসেবে দাঁড় করালেন। আরও পরিষ্কার করে বলা যায়, তাঁরা এই তত্ত্বকে মহাকর্ষীয় বলের একটা কোয়ান্টাম তত্ত্ব হিসেবে প্রতিষ্ঠা করলেন।

একপর্যায়ে ব্রিটিশ পদার্থবিজ্ঞানী মাইকেল গ্রিন শোয়ার্জের সঙ্গে যোগ দিলেন। তাঁরা প্রায় ১০ বছর ধরে তত্ত্বের এই Anomalyগুলো দূর করার চেষ্টা করে ১৯৮৪ সালে এসে সফল হলেন। এই কাজ Green-Schwarz mechanism নামে পরিচিত। এর ফলে স্ট্রিং তত্ত্বের গবেষণার ধারা সম্পূর্ণরূপে বদলে গেল। আশির দশকে স্ট্রিং তত্ত্ব হয়ে দাঁড়াল পদার্থবিদ্যার সবচেয়ে আকর্ষণীয় বিষয়গুলোর একটি। এই Green-Schwarz mechanism প্রথমবারের মতো স্ট্রিং তত্ত্বের গবেষণার ক্ষেত্রে একধরনের বিপ্লবের সূচনা করে, যা প্রথম স্ট্রিং বিপ্লব নামে পরিচিত।

উদাহরণস্বরূপ, দুটি কণা একটি আরেকটিকে প্রচণ্ড গতিতে ধাক্কা দিলে কণা দুটি দুদিকে চলে যায়- এই প্রক্রিয়াকে বলা যেতে পারে চার-কণার scattering। এখানে চার-কণা বলার কারণ এই যে, ধাক্কার পরে কণাগুলোর বৈশিষ্ট্যে কিছু পরিবর্তন অর্থাৎ চারটি কোণ বা কর্ণার তৈরি হবে। তাছাড়া দুটি কণার বদলে রাবার ব্যান্ডের মতো দুটি সুতা বা তন্তু (স্ট্রিং) চিন্তা করলে তাদের একে অপরকে ধাক্কা দেওয়ার ব্যাপারটা অনেকটাই অন্য রকম হয়ে যায়। স্বাভাবিকভাবেই এই দুই প্রক্রিয়াকে গাণিতিকভাবে প্রকাশ করা হয় চার–কণার scattering নামে।

বস্তুতঃ আশির দশক থেকেই মূলত স্ট্রিং তত্ত্ব তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার ক্ষেত্রে গবেষণার গতিপথ নিয়ন্ত্রণ করতে শুরু করে।

এডওয়ার্ড উইটেন হচ্ছেন এই সময়ের সবচেয়ে বিখ্যাত ও অসাধারণ মেধাবী একজন পদার্থবিজ্ঞানী। উনিই Fields Medal পাওয়া একমাত্র পদার্থবিজ্ঞানী। Fields Medal হচ্ছে গণিতে অসাধারণ অবদানের জন্য দেওয়া সবচেয়ে বড় পুরস্কার। এটি নোবেল পুরস্কারের মতোই সম্মানজনক। নব্বইয়ের দশকের গোড়ার দিকে ‘দ্বিতীয় স্ট্রিং বিপ্লব’ এডওয়ার্ড উইটেনের হাত ধরেই আসে।

বহু বছর ধরে বিদ্যুৎ ও চৌম্বকত্বকে সম্পর্কহীন ভিন্ন ভিন্ন বিষয় হিসেবে দেখা হতো। পরে ১৮৬৫ সালে জেমস ক্লার্ক মাক্সওয়েল নামের একজন স্কটিশ পদার্থবিদ চারটি অতি সাধারণ কিন্তু নান্দনিক সমীকরণ দিয়ে এই বিষয়ে আমাদের চিন্তাধারা সম্পূর্ণ বদলে দিলেন। তিনি এই দুটি আপাতভিন্ন বিষয়কে একটা সাধারণ গাণিতিক কাঠামোর ভেতর নিয়ে এলেন। তা ছাড়া এই সমীকরণগুলো তড়িৎচৌম্বকীয় তরঙ্গ সম্পর্কেও পরিষ্কার ধারণা দেয়। জেনে রাখা ভালো যে,  এই বিদ্যুৎ ও চৌম্বকত্বকে একীভূতকরণ তথা মাক্সওয়েলের সমীকরণগুলো কিন্তু কোনো ঐচ্ছিক ব্যাপার নয়। এটা ছাড়া বিদ্যুৎ ও চৌম্বকত্বের ধারণাটাই অসামঞ্জস্যপূর্ণ হবে।

পদার্থবিজ্ঞান নিয়ে মানুষের চিন্তার ক্ষেত্রে আরেকটা যুগান্তকারী পরিবর্তন (change of paradigm) সূচিত হয়। এটাও আসে একধরনের একীভূতকরণের চেষ্টা থেকে। আইনস্টাইন নামের মাত্র ২৬ বছরের এক পেটেন্ট অফিসের কেরানি ‘স্থান’ ও ‘কাল’ মূলত একই—এটা বলে পদার্থবিদদের একেবারে চমকে দিলেন। এটাও এক প্রকার সার্বিক একীভূতকরণ তত্ত্বের পূর্বাভাষ বিশেষ।

যে প্রক্রিয়ায় সার্ণের লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে স্ট্রিং থিওরির সত্যতা প্রমাণিত 

গবেষণামতে, স্ট্রিংয়ের উৎসমূল কম্পনাঙ্ক। লার্জ হ্যাড্রন কলাইডারে উৎপন্ন হিগস বোসন কণার উৎসমূলও কম্পনাঙ্ক। সেকেন্ডে ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কম্পন সৃষ্টি করে লার্জ হ্যাড্রন কলাইডারে ২০১২ সালে সার্ণে বোসন কণা উৎপন্ন করা হয়েছিল যা স্ট্রিং থিওরির বাস্তবতা প্রমাণ করে। 

যে প্রক্রিয়ায় সার্ণের লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার হিগস বোসন কণা উৎপন্ন হয়েছিল

হিগস-বোসন কণা'র অস্তিত্ব প্রমাণে CERNএর বিপুল আয়োজন! পদার্থবিদরা বিশ্বাস করেন যে, রহস্যময় হিগস-বোসনের সঙ্গে সংঘর্ষে বিভিন্ন মাত্রার ভরের (Mass) জন্ম হয়। পদার্থ বিজ্ঞানের এ সংক্রান্ত বেশ কিছু প্রশ্নকে সামনে রেখে ১৯৭১ সাল থেকে কণাত্বরণ যন্ত্র লার্জ হ্যাড্রন কলাইডারে এ বিষয়ে বাস্তব প্রমাণের উদ্যোগ নেয়া হয় । তবে ২০০৮ সাল থেকে এই কলাইডারের কার্যক্রম আনুষ্ঠানিকভাবে শুরু হয়।বিপুল শক্তিসম্পন্ন অতি পারমাণবিক কণার জন্ম-তত্ত্ব আবিস্কার করতে CERNআয়োজন করেছিল বিশাল আকারের মহাপরিকল্পনা। এই পরীক্ষা মানব ইতিহাসে শুধু গুরুত্বপূর্ণই নয়; দীর্ঘ সময়সাপেক্ষ এবং ব্যয় বহুলও বটে। অতি পারমাণবিক কণার জন্ম-তত্ত্ব গবেষণার প্রাক্কলিত ব্যয় ছিল তৎকালীন প্রায় ৫০০ কোটি পাউন্ড এবং তাতে উপস্থাপিত হয়েছে অন্ততঃ ৬০,০০০ (ষাট হাজার) অত্যাধুনিক কম্পিউটার। হিগস-বোসন কণার নির্ভুল অস্তিত্বপ্রমাণে CERN এর সর্বোচ্চ সর্তকতা বস্তু-পদার্থজাত বিশ্ব সৃষ্টির নির্ভুল ও অভিন্ন রহস্য বা উৎসমূল আবিস্কারের মহৎ লক্ষ্যে আজিকার বিশ্বের খ্যাতনামা সর্ববৃহৎ বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি গবেষণা কেন্দ্রে CERNকর্তৃক বিশ্বের খ্যাতনামা বিজ্ঞানীদের-কে যথাক্রমে (১) EATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) এবং (২) Compact muon solenoid (cms) নামক দু'টি দলে বিভক্ত করা হয়। সর্ম্পূণ পৃথক ব্যবস্থাপনা ও পরিচালনায় একদল-কে জেনেভা এবং অপর দল-কে লন্ডনে নিয়োজিত করা হয়েছিল-যাতে উভয় দল একে অপরের কার্যক্রম সর্ম্পকে বিন্দুমাত্র অবহতি না হতে পারে। উদ্দেশ্য: নির্ভুলভাবে অভিন্ন ফলাফল লাভ। অবশেষে উভয় দল বিশাল দূরত্বে (জেনেভা হতে লন্ডন) অবস্থান করে কোন প্রকার পূর্ব যোগাযোগ ব্যতিরেকেই হিগস-বোসন অতিপারমানবিক কণা প্রাপ্তির বিষয়ে একই সঙ্গে একই ফলাফলে উপনীত হয়। যার ফলে CERNকর্তৃপক্ষ ২০১২ সালের ৪ঠা জুলাই, বুধবার এক জনাকীর্ণ সংবাদ সম্মলেনে বিশ্ববাসীকে এ মর্মে বিজ্ঞাপিত করে যে, স্ট্যান্ডার্ড মডেলের স্বীকৃত ১২তম “হিগস-বোসন নামক বহুল প্রত্যাশিত মৌলিক কণারটির সন্ধান পাওয়া গেছে। 

হিগস-বোসন কণা আবিস্কারের ইতিকথাঃ “হিগস্-বোসন” নামক কণাটি বিজ্ঞানীদের কাছে একটি “হাই-পোসেটিক্যাল” কণিকা হিসেবে বিবেচিত ছিল। পদার্থ বিজ্ঞানের বিশেষ থিওরী Standard Modelথেকে বিজ্ঞানীরা এ কণা সম্পর্কে সম্যক ধারণা পান। সাধারণতঃ হিগস-বোসনের ভর ১২৫ থেকে ১২৬ এবং এ কণিকার স্পিন হচ্ছে শূণ্য। হিগস-বোসন কণাকে বলা হয় সুপার সিমেট্রিক (super Semetric)) পদার্থ যা-সৃষ্টির শুরুর সময়কার প্রাথমিক কণিকা বিবেচিত।

হিগস-বোসন কণা আবিস্কারের ইতিকথাঃ “হিগস্-বোসন” নামক অতিপারমাণবিক কণাটি বিজ্ঞানীদের কাছে একটি “হাই-পোসেটিক্যাল” কণিকা হিসেবে বিবেচিত ছিল। পদার্থ বিজ্ঞানের বিশেষ থিওরী Standard Modelথেকে বিজ্ঞানীরা এ কণা সম্পর্কে সম্যক ধারণা পান। সাধারণতঃ হিগস-বোসনের ভর ১২৫ থেকে ১২৬ এবং এ কণিকার স্পিন হচ্ছে শূণ্য। হিগস-বোসন কণাকে বলা হয় সুপার সিমেট্রিক (super Semetric)) পদার্থ যা-সৃষ্টির শুরুর সময়কার প্রাথমিক কণিকা বিবেচিত। অধ্যাপক পিটার হিগস কর্তৃক বস্তু/পর্দাথের ভরের উৎস সর্ম্পকে হিগস-বোসন কণার বৈজ্ঞানিক ব্যাখ্যা হিগস-বোসনের অচিন্ত্যনীয় গুরুত্ব, ভূমিকা ও অবদান এবং এর সন্ধানে বিজ্ঞানীদের প্রচেষ্টা অংশ হিসাবে ১৯৬৪ সালে এডিনবরা বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক পিটার হিগস বস্তু/পর্দাথরে ভরের উৎস হিসেবে হিগস-বোসনের বৈজ্ঞানিক ব্যাখ্যা প্রদান করেন। তিনি বলেন, আমরা একটা আঠালো ব্যাক গ্রাউন্ড ক্ষেত্রের কথা ভাবতে পারি। কণাগুলো এর মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় ভরপ্রাপ্ত হয়। অবশ্য এর পিছনে প্রভাবক হিসেবে কাজ করে একটি ঘটক যে প্রক্রিয়ায় হিগস-বোসন কণার অস্তিত্ব প্রমাণিত| হ‘কণা’ (PARTICLE) সম্পর্কিত গাণিতিক মডেলের (Mathematical Model) সূত্রমতে, উচ্চ গতিতে প্রোটনের সঙ্গে প্রোটনের আন্তঃসংঘর্ষ ঘটানো হলে বেশ কিছু মৌলিক কণা উৎপন্ন হয়। সেমতে, CERN এর লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার যন্ত্রে উচ্চ গতিতে প্রোটনের সঙ্গে প্রোটনের আন্তঃসংঘর্ষ ঘটিয়ে সেকেন্ডে ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কম্পন সৃষ্টি করে বেশ কিছু মৌলিক কণা উৎপাদন করা হয়। উৎপাদিত এই মৌলিক কণা-কে বলা হয় “হিগস্-বোসন” কণা। স্ট্রিংয়ের উৎসও কম্পন।

উল্লেখ্য, কণা পদার্থ বিজ্ঞানের মূল কথা, একটা বস্তুকে ভাঙতে থাকলে আমরা একসময় বিন্দুর মতো কণা পাব। কণাতত্ত্ব অনুযায়ী আমাদের প্রকৃতির মৌলিক বিল্ডিং ব্লক হচ্ছে এই কণা। এই কণাগুলোকে ধরি বিন্দুর মতো যার কোনো ‘মাত্রা’ নেই, শুধু ভর আছে।

সার্বিক একীভূত তত্ত্ব হলো সেই তত্ত্ব, যা অন্য অনেক খণ্ড খণ্ড তত্ত্ব বা ধারণাকে একটি তত্ত্বে একীভূত করতে পারে। পদার্থবিজ্ঞানের একটি সম্মিলিত তত্ত্ব বের করার যে প্রচেষ্টা, তার সর্বাধুনিক এবং সবচেয়ে সফল ফলাফল বলা যেতে পারে স্ট্রিং তত্ত্বকে।

স্ট্রিং তত্ত্ব মূলত তিনটি বিষয়কে একীভূত করতে চায়। এক. পদার্থবিজ্ঞানের বিভিন্ন তত্ত্ব; দুই. প্রকৃতির মৌলিক বলসমূহ এবং তিন. প্রকৃতির মৌলিক কণাসমূহ। 

স্ট্রিং থিওরি মতে, আমাদের প্রকৃতির মৌলিক বিল্ডিং ব্লক হলো এক মাত্রার সুতা বা তন্তুর মতো বস্তু, যার দৈর্ঘ্য প্ল্যাঙ্কের দৈর্ঘ্যের কাছাকাছি।

স্ট্রিং থিওরিতে কণাকে বিন্দুর মতো চিন্তা করার জন্য হচ্ছে। আমাদের ধরে নিতে হবে, প্রকৃতির একটা সর্বনিম্ন দৈর্ঘ্য আছে। যাকে আমরা প্ল্যাঙ্ক দৈর্ঘ্য বলি। এটি ১০ টু দ্য পাওয়ার-৩৩ সেন্টিমিটার (দশমিকের পর ৩২টা শূন্য তারপর এক) বা শক্তি এককে ১০ টু দ্য পাওয়ার ১৯ জিইভির (গিগা ইলেকট্রন ভোল্ট) সমান। ধারণা করা হচ্ছে এখানেই হতে পারে স্ট্রিং থিওরির ব্যুৎপত্তি।

 প্রকৃতির মৌলিক বিল্ডিং ব্লক হচ্ছে শুধুই এক ধরনের অতি ক্ষুদ্র তন্তু (স্ট্রিং)। এই তন্তুর বিভিন্ন ধরনের কম্পনের ফলে ভিন্ন ভিন্ন কণার উৎপত্তি হয়।

কণাতত্ত্ব তথা স্টান্ডার্ড মডেল থেকে আমরা দেখতে পাই, প্রকৃতিতে ৬০টির মতো মৌলিক কণা আছে। এই সংখ্যা ‘কণা’কে আমাদের প্রাকৃতিক মৌলিক বিল্ডিং ব্লক দাবি করার জন্য বেশ বড়। কারণ, মৌলিক ৬০ এর চেয়ে অনেক কম হওয়া  যুক্তিযুক্ত। পূর্ত কাজে ৪ পিলার বা স্তম্ভ অধিক যুক্তিযুক্ত হলেও মৌলিক বিল্ডিং ব্লক তথা স্ট্রিং তত্ত্বের জন্য সার্বিক একীভূত অর্থাৎ মৌলিক কণা হওয়া দরকার মাত্র ১ (এক)-টিই।

এই তত্ত্ব অনুযায়ী আমাদের প্রকৃতির মৌলিক বিল্ডিং ব্লক হচ্ছে শুধুই একধরনের অতি ক্ষুদ্র তন্তু (স্ট্রিং) ছাড়া আর কিছু না। এই তন্তুর বিভিন্ন ধরনের কম্পনের ফলে ভিন্ন ভিন্ন কণার উৎপত্তি হয়। এভাবেই স্ট্রিং সব কণাকে এক মালায় গাঁথে। আগেই বলা হয়েছে, এই স্ট্রিং খুবই ছোট (১০ টু দ্য পাওয়ার-৩২ বা শক্তি এককে ১০ টু দ্য পাওয়ার ১৪ গিগা ইলেকট্রন ভোল্ট)। 

(তথ্য সূত্রঃ বিজ্ঞানচিন্তা, ড. সাজিদ হক: শিক্ষক ও গবেষক, স্ট্রিং থিওরি অ্যান্ড কসমোলজি, ইউনিভার্সিটি অব উইন্ডসর, কানাডা) https://www.prothomalo.com/education/science-tech/থিওরি-অব-এভরিথিং’#bypass-sw

 (ইনশাআল্লাহ অসমাপ্ত)।