মহাকর্ষীয় তরঙ্গ (Gravitational Wave) – সহজ ভাষায় প্রাথমিক জ্ঞান

শিল্পীর কল্পনায় কৃষ্ণগহ্বরের একীভূত হওয়ার চিত্র

যাই হোক, ত্বরণ বেড়ে গেলে স্থান-কালের ঐ চাদরে একটা ঘূর্ণির সৃষ্টি হয়, যা ঢেউ আকারে আলোর গতিতে সবদিকে ছড়িয়ে পড়ে। এই ঢেউকেই বলে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ। প্রথমবারের মত দুটো কৃষ্ণগহবরকে এই কাহিনী করতে দেখেছি আমরা।

কিভাবে এটা সনাক্ত করা হলো?

LIGO – Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory এই জিনিসটা শেষ পর্যন্ত সনাক্ত/আবিষ্কার করতে পেরেছে। কিভাবে? গল্পটা কোনো খুনের রহস্য সমাধানের চেয়ে কম রোমাঞ্চকর না।

১৩০ কোটি আলোকবর্ষ দূরে, অর্থাৎ ১২৩০ ট্রিলিয়ন মাইলের মত বিশাল এক দূরত্বে দুটো কৃষ্ণগহ্বর একটা আরেকটার সাথে সংঘর্ষ করে একীভূত হয়ে গেলো। দুই কালা মিয়ার একটার ভর ছিলো আমাদের সূর্যের ২৯ গুণ, অন্যটা ৩৬ গুণ। সূর্যের ভর চিন্তা করলেই খাবি খেতে হয়। সূর্য আয়তনে অনেক বড় একটা জিনিস, এটাতে অনেক ভর ধরে। সেটার ভরকে ২৯ আর ৩৬ দিয়ে মনে মনে গুণ দিন। এবার চিন্তা করুন, সেই ভরের দুটো জিনিস (যদিও আয়তনে অনেক ছোটো, কম জায়গায় বেশি বস্তু নিয়ে চলে কৃষ্ণগহবর) সংঘর্ষে লিপ্ত হচ্ছে।

এখানে পৃথিবী হচ্ছে ঐ যে, ছোট্টো বলগুলোর একটা।

সংঘর্ষে দুটো মিলে একটি কৃষ্ণগহ্বরে পরিণত হলো, যার ভর দাঁড়ালো আমাদের সূর্যের ৬২ গুণ; বাকি ৩ গুণ ভর শক্তিতে পরিণত হলো। এই সংঘর্ষের ঘটনাটা স্থান-কালের চাদরে বইয়ে দিলো মহাকর্ষীয় তরঙ্গ। সেই তরঙ্গ আলোর গতিতে, অর্থাৎ ১৩০ কোটি বছর সময় অতিক্রম করে এসে পৌঁছালো পৃথিবীতে। এ ধরনের ঘটনাগুলো থেকে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ বের হয়, তা আইনস্টাইনই প্রস্তাব করেছিলেন ১৯১৬ সালে। এরপর থেকে চলছিলো সনাক্ত করার চেষ্টা। আমরা জানি, এই তরঙ্গ স্থান-কালকে মুচড়ে দেবে। অর্থাৎ, পৃথিবীতেও আমরা স্থান দেখি, সেই স্থানের সংকোচন-প্রসারণ ঘটবে। আমরা সেই সংকোচন-প্রসারণ বুঝবো না, কারণ সেটা খুবই সামান্য।

আর মাপার জটিলতাতে কাহিনী আরো একটা আছে। মনে করুন, আপনার কাছে একটা স্কেল আছে যেটা দিয়ে আপনি বারো ইঞ্চি মাপতে পারেন। এখন বারো ইঞ্চির দুদিকে দুটো খুঁটি পুঁতলেন। এই দুই খুঁটির মধ্যে দূরত্বটা মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আসার পর বাড়লো নাকি কমলো, সেটা ঐ স্কেল দিয়ে বোঝা যাবে না। কারণ, তরঙ্গের কারণে ঐ দূরত্বটা যদি বাড়ে, তাহলে স্কেলেরও ততটুকু প্রসারণ ঘটবে। আপনার কাছে তখনও সেটাকে ১২ ইঞ্চিই মনে হবে। মহাবিশ্বে শুধু একটা মানদণ্ডই আছে, যা এই তরঙ্গে পরিবর্তিত হবে না। শুধু সেই মানদণ্ড দিয়েই আপনি সংকোচন বা প্রসারণ মাপতে পারবেন। সেই মানদণ্ড হচ্ছে – আলো। আলোর গতি একই থাকবে, এবং আলোর যাওয়া-আসার সময় দিয়ে আপনি বুঝতে পারবেন দূরত্ব কতটুকু। ধরুন, আগে স্থান-১ থেকে স্থান-২ পর্যন্ত যেতে যদি আলোর ০.০০১ সেকেন্ড সময় লাগতো, দূরত্বটা প্রসারিত হলে ০.০০১ সেকেন্ডের চেয়ে একটু বেশি লাগবে।

দৃশ্যপটে এলো LIGO. চার কিলোমিটার লম্বা ইংরেজি L আকৃতির সুড়ঙ্গ বানালো ওরা। সুড়ঙ্গের এক মাথা থেকে আরেক মাথায় ওরা আলো (লেজার) ছুঁড়ে মারে। এরপর অন্য মাথায় গিয়ে সেটা ফিরে আসতে কতক্ষণ লাগে, সেটা বিচার করে দেখে যে আসলেই দূরত্বটা এখনো ৪ কিলোমিটারই আছে কিনা। যদি সময় কমবেশি লাগে, তাহলেই বোঝা যাবে যে স্থান মুচড়ে গেছে, সংকোচন-প্রসারণ হয়েছে। এক মাত্রায় (ধরুন ডানে-বামে) যদি প্রসারিত হয়, তাহলে অন্য মাত্রায় (সামনে-পিছনে) সংকুচিত হবে। অর্থাৎ, L এর এক বাহুতে আলো যেতে বেশি সময় নেবে, আরেক বাহুতে আলো যেতে কম সময় নেবে। দুটোই মিলতে হবে।

LIGO পর্যবেক্ষণ কেন্দ্রের দুই বাহু, প্রত্যেক বাহু ৪ কিলোমিটার লম্বা

কতটুকু সংকোচন/প্রসারণ হয়েছিলো? একটা প্রোটনকে ১০ হাজার ভাগে ভাগ করলে যে দৈর্ঘ্য পাওয়া যায়, ততটুকু পরিমাণ দৈর্ঘ্যের পার্থক্য যদি আপনি মাপতে পারেন, তাহলে আপনি এই সংকোচন আর প্রসারণ মাপতে পারবেন। বোঝা গেলো না মনে হয়? আরেকটা উদাহরণ দেই – ধরুন, আপনার কাছে ১ বিলিয়ন ট্রিলিয়ন কিলোমিটার লম্বা একটা ট্রেন আছে। সেটার মধ্যে যদি মাত্র ৫ মিটার লম্বা আরেকটা বগি লাগাতে হয়, তাহলে দৈর্ঘ্যের যেমন পার্থক্য হবে, সেটা আপনাকে মাপতে পারতে হবে। অত্যন্ত সংবেদনশীল যন্ত্র ছাড়া এই পার্থক্য মাপা সম্ভব না।

মাপার মধ্যে আরেকটা সমস্যা তো ছিলোই, সেটা হলো হৈচৈ। যে কোনো জিনিস, যার আয়তন আছে, অথবা যার তাপমাত্রা পরম শূন্য তাপমাত্রার ওপরে, সেটাই কাঁপে, সর্বদাই কাঁপছে। এগুলোকে যন্ত্রের হিসেব থেকে বাদ দিতে হবে। তারপর অন্যান্য তরঙ্গ আছে, সেগুলোকেও বাদ দিতে হবে। তার ওপর যান্ত্রিক ত্রুটির কারণে এইরকম কাকতালীয় ঘটনা ঘটলো কিনা, তাও দেখতে হবে। তাই, এই ধরনের পর্যবেক্ষণ কেন্দ্র বানানো হলো দুটো। একটা যুক্তরাষ্ট্রের লুইজিয়ানাতে, আরেকটা চার হাজার কিলোমিটার দূরে ওয়াশিংটন অঙ্গরাজ্যে। নিশ্চিত হবার জন্য দুটো পর্যবেক্ষণ কেন্দ্রেই একই পরিমাপ পেতে হবে।

২০০২ থেকে ২০১০ পর্যন্ত LIGO এর তথ্য সংগ্রহের প্রথম অধিবেশন চললো। কিন্তু ওরা কোনো ফলাফল পায়নি। আগেই বলেছি, কাজটা কঠিন। এরপর ২০১০ থেকে ২০১৫ পর্যন্ত ওরা অনেক যান্ত্রিক ত্রুটি সারালো। এই ত্রুটি সারাতে, সংবেদনশীলতা বাড়াতে, ৫ বছরে খরচ হয়েছিলো ২০০ মিলিয়ন ডলারের ওপরে। ২০১৫ তে যখন তথ্য সংগ্রহের দ্বিতীয় অধিবেশন শুরু হলো, তখন ওরা প্রায় সাথে সাথেই মহাকর্ষীয় তরঙ্গের সন্ধান পেয়েছিলো। কিন্তু সেটা আসলেই মহাকর্ষীয় তরঙ্গ কিনা, সেটা নিয়ে বারবার পরীক্ষা চলতে লাগলো। অবশেষে ২০১৫ এর সেপ্টেম্বর মাসে ওরা নিশ্চিতভাবেই এই কৃষ্ণগহ্বর সংঘর্ষের ফলে সৃষ্ট তরঙ্গের ব্যাপারে নিশ্চিত হলো। শুরু হলো গবেষণা প্রবন্ধ লেখার কাজ। গবেষকদের বিশাল একটা দল Physical Review নামক গবেষণা পত্রিকায় একটা প্রবন্ধ জমা দিলো ২০১৬ সালের জানুয়ারির ২১ তারিখে। সেই প্রবন্ধ প্রকাশনার জন্য নির্বাচিত হলো ফেব্রুয়ারির ১১ তারিখ। সেই প্রবন্ধে একটা রেখাচিত্র (গ্রাফ) আছে, যেখানে দুই পর্যবেক্ষণ কেন্দ্রতেই একই ফলাফল পাওয়ার ব্যাপারটা দেখানো হয়েছে।

এই তরঙ্গ আবিষ্কার হওয়াটা কেন গুরুত্বপূর্ণ?

প্রত্যেকটা তরঙ্গ আমাদেরকে নতুন কিছু শেখায়। প্রথমে আমরা শুধুমাত্র চোখের দেখাতে যা যা দেখা যায়, তাই দেখতাম। অর্থাৎ, আমাদের দৃষ্টিশক্তিতে যে তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলো ধরা পড়ে, সেই দৃশ্যমান আলোক তরঙ্গেই দেখতাম। এরপর যখন অবলোহিত (infrared), অতিবেগুনী (ultraviolet), বেতার (radio) এমন তরঙ্গগুলো আবিষ্কৃত হলো, আমাদের দেখার দৃষ্টিভঙ্গিই পাল্টে গেলো। আর সেগুলোর প্রভাব নিশ্চয়ই নতুন করে বলতে হবে না। আর মহাকর্ষীয় তরঙ্গ তো একেবারে আলাদা এক ধরনের তরঙ্গ। এই তরঙ্গ ব্যবহার করে যে সামনে আমরা কী কী দেখবো, তা এখন অনুমানও হয়তো করা যাচ্ছে না। একদম কম করে বললেও, আমরা বুঝতে পারবো – আমাদের এই মহাবিশ্ব কিভাবে কাজ করে, মহাকর্ষ কিভাবে কাজ করে। সায়েন্স ম্যাগাজিনের ভিডিও-তে বলা হয়েছে, এটা জন্ম দিয়েছে জ্যোতির্বিদ্যার একদম নতুন একটা শাখা।

হয়তো একদিন এটার মাধ্যমেই আমরা মহাকর্ষকে কাজে লাগাতে শিখবো। মহাকর্ষকে যদি কাজে লাগানো যায়, কোনোভাবে যদি স্থান-কাল চাদরের নিয়ন্ত্রণ নেয়া যায়, তাহলে কী হবে, আন্দাজ করতে পারছেন? হয়তো আমরা ওয়ার্মহোল বা কীটগহ্বর তৈরি করতে পারবো, আলোকবর্ষ ভ্রমণ করতে পারবো মুহূর্তের হিসেবে।

সমাপনী বক্তব্য

স্টিফেন হকিং একটা মন্তব্য করেছেন এই আবিষ্কারটা প্রকাশিত হবার পর। তিনি বলেছেন,

” LIGO দলকে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আবিষ্কারের জন্য ধন্যবাদ। এটা হিগস বোসন কণা আবিষ্কারের মতই গুরুত্বপূর্ণ। ওরা প্রথমবারের মত মহাকর্ষীয় তরঙ্গ পর্যবেক্ষণ করেছে, দুটো কৃষ্ণগহ্বরের সংঘর্ষ এবং মিশে এক হয়ে যাওয়া পর্যবেক্ষণ করেছে। LIGO এর বর্ধিত সংবেদনশীল যন্ত্র দিয়ে আমরা হয়তো সামনে এমন আরো ঘটনা সনাক্ত করতে পারবো, হয়তো এই ব্রহ্মাণ্ড নিয়ে আমাদের জ্ঞান আরো বাড়াতে পারবো।

এই নিরীক্ষাধর্মী পর্যবেক্ষণগুলো, ১৯৭০ সালে কৃষ্ণগহ্বর নিয়ে আমার করা কাজগুলোর সাথে সংগতিপূর্ণ। একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ হিসেবে, আমি নিজের সারাজীবন ব্যয় করেছি এই ব্রহ্মাণ্ডটাকে বোঝার জন্য যাতে কিছুটা অবদান রাখতে পারি। ব্যাপারটা ভাবতেই রোমাঞ্চ হয় যে, আমি কৃষ্ণগহ্বরের ক্ষেত্রফল আর অনন্যতা তত্ত্ব নিয়ে যে ভবিষ্যদ্বাণীগুলো ৪০ বছর আগে করেছিলাম, সেগুলো আমার জীবদ্দশাতেই পর্যবেক্ষণ করা হচ্ছে। “

বিজ্ঞান আমাদের জীবনযাত্রাকে পাল্টে দিচ্ছে প্রতিনিয়ত। এই ধরনের বিশাল আবিষ্কার আমাদের জীবদ্দশায় আবার হবে কিনা, তা বলা বেশ মুশকিল। এটাই হয়তো আপনার আর আমার জীবনের সবচেয়ে বড় বিজ্ঞানভিত্তিক মুহূর্ত – এতোটাই বিশাল এই আবিষ্কার। অবশ্য আমি বেশ আশাবাদী। আমার ভবিষ্যদ্বাণী হচ্ছে – ঠিক এই মাত্রার পরবর্তী বিশাল আবিষ্কার হচ্ছে পৃথিবীর বাইরে প্রাণের সন্ধান খুঁজে পাওয়া, আর সেটা হয়তো ঘটবে আমার জীবদ্দশাতেই।

বিজ্ঞানীদের অক্লান্ত প্রচেষ্টাকে ধন্যবাদ, আইনস্টাইনকে ধন্যবাদ, LIGO গবেষকদেরকে ধন্যবাদ – এরকম গা শিরশির করা একটা আবিষ্কার আমাদেরকে উপহার দেয়ার জন্য। পুরো জিনিসটা সংক্ষেপে (৩ মিনিটে) একবার ঝালাই করে নিতে চান? তাহলে পিএইচডি কমিকসের বানানো অল্প সময়ে ব্যাপক জনপ্রিয় হয়ে যাওয়া ভিডিওটা দেখে নিতে পারেন।

ইউটিউব- 1

ইউটিউব- 2

সাইন্স ম্যাগাজিনে প্রদর্শিত ভিডিওটি এখানে

লিখেছেনঃ
ফরহাদ হোসেন মাসুম
13 ফেব্রুয়ারী, 2016