Physics কঠিন নয়। এই subject-টা আমরা যেটা জানি না, সেটা নিয়ে খুব directly সত্যটা বলে।

কিন্তু আমার metre আর তোমার metre exactly same হতেই হবে কি? আমরা কোন Units ব্যবহার করব, আর সেই Units ঠিক কী বোঝাবে, সেটা নিয়ে globally একমত হওয়াটা কি খুব দরকার?

একবার শুধু এই ধরনের confusion আর ভুলের জন্য একটা spacecraft ধ্বংস হয়ে গিয়েছিল (!) — কারণ দুজন engineer একই Quantity মাপার জন্য দুটো আলাদা-আলাদা Units ব্যবহার করেছিল। একজন Metric System (metre, kilogram, second) ব্যবহার করেছিল, আর অন্যজন Imperial System (feet, pound, second) ব্যবহার করেছিল। খুব basic mistake, তাই না?

এবার নিশ্চয়ই বুঝতে পারছ, Science-এ সবাই যদি একই ভাষায় কথা না বলে, তাহলে বিপদ হতে দেরি লাগে না। কিন্তু New York-এর এক metre আর Kolkata-র এক metre যে হুবহু same হবে, সেটা আমরা নিশ্চিত করব কী করে? তোমার মনে হতে পারে, কোনো নিরপেক্ষ দেশে একটা Reference Object রেখে দিলেই তো হয়। কিন্তু আসল ব্যাপার-টা হলো, Physical reference Objects দিয়ে এটা ভালোভাবে নিশ্চিত করা যায় না। একটা metal bar গরমে বা ঠান্ডায় বেঁকে যেতে পারে। আবার অনেক বছর পেরিয়ে গেলে, বয়সে metal bar-টা ক্ষয়ে যেতে পারে।

তাই আজকে আমাদের রোজকার Units-গুলোর (যেমন second) definition দেওয়া হয় atom-এর (!) সাহায্যে - specifically, Caesium atom!!

Caesium atom-এর vibration, আর আলোর speed - এগুলো সময়ের সঙ্গে বদলায় না। জায়গার সঙ্গেও বদলায় না।

কিন্তু সময় বা জায়গার সঙ্গে এগুলো বদলায় না কেন? কারণ হলো প্রত্যেকটা Caesium atom হুবহু একই রকম। Almost same নয় — একেবারে অবিকল identical - মানে exactly same. ওদের মধ্যে একটু-ও ফারাক নেই।

কিন্তু কেন? এটা আবার সম্ভব নাকি? Science-এর একটা partial উত্তর আছে। একটা atom আসলে একটা Quantum Field-এর ripple. আর সেই Field-কে নিয়ন্ত্রণ করে প্রকৃতির কিছু Fundamental Constants.

কিন্তু কেন?! ওই Constants-গুলোর value ঠিক এরকম কেন? যে মানের জন্য সব জায়গায় প্রত্যেকটা atom হুবহু same হয়?

এটা আমরা আজও জানি না!

দেখো, ব্যাপার-টা নির্ভর করছে brake চাপার ঠিক আগের মুহূর্তে গাড়ি-টা কত speed-এ চলছিল তার উপর। কিন্তু speed ব্যাপার-টা তো একটা concept - real নয়। ওটা বের করব কীভাবে? এই conceptual quantity-টা বের করতে হলে, প্রত্যেক মুহূর্তে গাড়ি-টা ঠিক কোথায় ছিল সেটা track করা দরকার। আর speed time-এর সঙ্গে কীভাবে বদলাচ্ছে, সেটা track করলে, আগে থেকেই হিসেব করে বলে দেওয়া যায় যে গাড়ি-টা ঠিক কোথায় থামবে এবং কখন — কোনো ঘটনা ঘটার আগেই।

তাহলে কি ব্যাপার-টা এতটাই সোজা? না, এটা অনেক গভীর ব্যাপার। এটা শুধু তখনই কাজ করে, যখন গাড়ি-র motion একদম smooth (continuous) হয়। রাস্তার যে কোনো দুটো জায়গার মাঝখানে সবসময় আরেকটা জায়গা উপস্থিত। তেমনি যে কোনো দুটো মুহূর্তের মাঝখানেও সবসময় আরেকটা মুহূর্ত উপস্থিত। তাই speed শব্দটার মানে হয় তখনই, যখন space আর time-কে এভাবে বার বার ভাগ করতে থাকা যায়, কোনো শেষ ছাড়া।

কিন্তু সত্যি কি space আর time-কে এভাবে অনন্তকাল ধরে ভাগ করা যায়? নাও হতে পারে!

হতে পারে যে space-এর একটা সবচেয়ে ছোট টুকরো আছে যেটার নিচে যাওয়া যায় না। হয়তো time-এরও একটা সবচেয়ে ছোট tick আছে (Planck limit) যার নিচে ভাগ করার মতো কিছু নেই।

Physicists-রা অনেক বছর ধরে এটা নিয়ে মাথা ঘামিয়েছেন। আজও কেউ অত ছোট scale-এ মাপতে পারেননি experimentally. আজও কেউ জানে না, যে Planck limit-এর কাছে motion discontinuous হয়ে যায় কিনা।

ব্যাপারটা হলো, গোলাটার সামনের দিকে যাওয়া আর উপরে গিয়ে নিচের দিকে পড়া — এই দুটো problem পুরো আলাদা। গোলাটা সামনের দিকে একটা নির্দিষ্ট speed-এ এগিয়ে চলে। Gravity ওই দিকে নাক গলায়না।

একই সঙ্গে গোলাটা ওপরে ওঠে, তারপর নিচের দিকে নেমে আসে। এই উপর-নীচ ওঠা-নামা করার সময় gravity নাকটা গলায়।

আগে সামনের দিকের problem-টা solve করো। তারপর নামার problem-টা solve করো। দুটো একসঙ্গে জুড়ে দিলেই firing angle-টা নিজে থেকে বেরিয়ে আসে।

তাহলে কি রহস্য-টা এখানেই শেষ? না, রহস্যটা আসলে এখনও শুরুই হয়নি।

উপরে গিয়ে নিচের দিকে পড়ার অংশটা আবার দেখো। একই ভাবে ছোড়া একটা ভারী গোলা আর একটা হালকা গোলা ঠিক একই জায়গায় গিয়ে পড়ে। Mass-এর ওপর একেবারেই depend করে না!

এটা কোনো কাকতালীয় ব্যাপার নয়। General Relativity বলে, gravity আসলে mass-কে টেনে নামানোর কোনো Force-ই নয়।

Gravity হলো mass-এর জন্য space আর time-এর আকৃতি (geomtery) বদলে যাওয়া। Mass-এর জন্য space আর time বেঁকে যায়!!!

( Time-ও আবার বেঁকে যায় নাকি? হ্যাঁ, time-ও বেঁকে যায়। )

আর যে কোনো পড়ে যাওয়া বস্তু সেই বেঁকে যাওয়া spacetime পথ দিয়ে সবচেয়ে সোজা রাস্তায় চলে। বস্তুর নিজের mass-এর কোনো ভূমিকা এই চলার পথে থাকে না।

কিন্তু mass spacetime-কে বেঁকিয়ে দেয় কেন? এটার কারণ কিন্তু আমরা এখনও জানি না।

একটা mass তার চারপাশের space-কে ঠিক কতটা বেঁকায়, সেটা আমরা মাপতে পারি। সেই হিসেব থেকে কোনো বস্তু কীভাবে নড়বে, সেটাও খুব নিখুঁত ভাবে বের করতে পারি।

কিন্তু কোনো matter, universe-এর spacetime-কে কেন বদলে দেয়, তার উত্তর আমাদের আজও জানা নেই।

আমরা সবাই নিতান্তই মূর্খ!

তুমি কি একটা ছোটো গোলা-কে বড়ো গোলার চারিপাশে এই ভাবে দড়ি ছাড়া ঘোরাতে পারবে? সোজা কথায় চাঁদ-টা ছিটকে বাইরে চলে যাচ্ছে না কেন? বার বার পৃথিবীর চারিদিকেই ঘুরে ফিরছে কেন? এটা একটা তাজ্জব ব্যাপার কিনা?

Newton-এর First Law বলে, কোনো কিছুকে যদি একেবারে একা ছেড়ে দেওয়া হয়, তাহলে সেটা একই speed-এ সোজা line-এ চলতেই থাকবে। কিন্তু চাঁদকে তো একা ছেড়ে দেওয়া হয়েছে বলে মনে হচ্ছে। তাহলে সেটা সোজা line-এ না গিয়ে হঠাৎ ঘুরছে কেন?

এটার মানে কোনো এক অদৃশ্য দড়ি নিশ্চয়ই চাঁদ-টাকে ধরে রেখেছে। সেই অদৃশ্য দড়ি-টার নাম Gravitation। Gravitation এক ধরনের force। Newton-এর Second Law বলে দেয়, এই ধরে রাখার জন্য ঠিক কতটা Force লাগবে।

চাঁদ-এর speed, আর সে পৃথিবী থেকে কত দূরে আছে, এই দুটো fact জানলেই এই force-টার value হিসেব করে বের করে ফেলা যায়।

গল্প-টা কি এখানেই শেষ নাকি? না, এখানে আরও একটা গভীর ব্যাপার আছে।

একটা football-কে জোরে লাথি মারলে সেটা ফট করে এগিয়ে যায়। কিন্তু একই জোরে একটা ভারী লোহার ball-কে সজোরে মারলে প্রায় নড়েই না। আমরা বলি লোহার ball-এর "INERTIA" (ইনার্শিয়া) বেশি। Inertia মানে এর নিজের motion বদলাতে ভীষণ অনিচ্ছে আছে।

Newton-এর Laws কিন্তু আমাদের বলে দেয় না যে লোহার ball-টার inertia football-এর থেকে বেশি কেন। Newton-এর Law শুধু ওই inertia জিনিসটার একটা নাম দিয়েছে - "MASS"। ওই mass-টা আমরা খুব নিখুঁত ভাবে measure করতে পারি।

কিন্তু mass (বা inertia) জিনিসটা কী? কোনো জিনিসের inertia থাকবে কেন?

আলোর (বা light) তো কোনো inertia নেই। সে কী দোষ করল?

Newton তার কোনো উত্তর দেননি।

তাহলে আমাদের আসল প্রশ্ন হলো, inertia বা mass আসে কোথা থেকে? এটা Physicists-রা আজও জানেন না। কেউ কেউ মনে করেন, পুরো space জুড়ে ছড়িয়ে থাকা কিছু অদৃশ্য Quantum Fields-এর সঙ্গে এর যোগ আছে। কিন্তু কোনো জিনিস-এর inertia আদৌ থাকবে কেন, এটা আমরা আজও জানি না।

কিন্তু গাড়ি-টা তো একই আছে। Tire-ও একই আছে। রাস্তা-টাও বদলায়নি। তাহলে বদলালো-টা কী??

বদলালো রাস্তার Friction.

একটা microscope দিয়ে যদি তুমি রাস্তাটা দেখো, তাহলে দেখবে ওটা একেবারেই মসৃণ নয়। দেখতে পাবে অনেক খাঁজ-খন্দ ভরা একটা পাহাড়ের মতো ছবি, ছোটছোট উঁচু-নিচু জায়গা আর ফাটল দিয়ে ভরা। রাস্তা শুকনো থাকলে, tire ওই খোঁচা-খোঁচা জায়গাগুলো-কে ধরে ভালো করে grip করতে পারে। পিছলে যায়না।

কিন্তু বৃষ্টি পড়লে, জল আর কাদা ওই ফাটলগুলো ভরিয়ে দেয়। তখন উঁচু-নিচু ভাবটা কমে যায়। তখন tire আর ভালো করে grip ধরতে পারে না, তাই slip করতে শুরু করে।

মজার ব্যাপার হলো - আমরা ভাবি যত "মসৃণ" পথ হবে তত ভালো। কিন্তু আসলে কিন্তু তা নয়। রাস্তা-টা যদি একদম 100% মসৃণ হয়ে যায় - তখন কোনো গাড়িই চলতে পারবে না। Start-ই হবে না।

কারণ friction (বা grip) ছাড়া এগোনো যায়না।

Friction সব জায়গায় আছে। এটা তোমাকে slip না করে হাঁটতে সাহায্য করে। গাড়ি-কে traffic signal-এ থামতে সাহায্য করে। Aeroplane, bicycle, আর অসংখ্য machine-কে নিরাপদে কাজ করতে সাহায্য করে।

কিন্তু আমরা এখনও fundamental laws থেকে, Friction-এর value calculate করতে পারিনা। Friction এখনও একটা purely experimental quantity. এত বছর ধরে research করার পরেও, theory থেকে Friction বলে দেওয়ার ক্ষমতা আমাদের নেই। বা সহজ ভাষায়, friction-এর কোনো theoretical model আজও scientist-রা বের করতে পারেনি।

Friction কেন হয়, সেটা আমরা জানি। Friction কীভাবে মাপতে হয়, সেটাও জানি। কিন্তু শুধু "first-principles থেকে Friction derive করা" এখনও অমীমাংসিত।

তারপর একদিন একটা ব্যাপার ঘটল। Comet-টা আস্তে আস্তে সূর্যের দিকে আসতে শুরু করল। বছরের পর বছর কেটে গেল। আর প্রত্যেক বছর ওর speed-টা একটু একটু করে বাড়তে লাগল। শেষ পর্যন্ত ও এমন speed নিল যা আজও মানুষ কোনো spacecraft-কে দিতে পারেনি।

কিন্তু এত speed এল কোথা থেকে? সূর্য তো ওকে হঠাৎ করে কোনো ধাক্কা দেয়নি। নিজে নিজে এরম ভয়ানক speed-এ ছুটতে শিখল কী করে?

দেখো, ব্যাপার-টা হলো, ওই speed-টা আগে থেকেই অন্য আরেকটা রূপে লুকিয়ে ছিল।

যখন comet-টা সূর্য থেকে অনেক দূরে ছিল, তখন তার মধ্যে ছিল Potential Energy - মানে, জমে থাকা Energy. Comet-টা যত সূর্যের দিকে আসতে থাকে, তত ওই জমা Energy আস্তে আস্তে "moving energy"-তে বদলে যায়। তাই সূর্যের কাছে যত আসে, তত তার speed বেড়ে যায়।

Total Energy কখনও হঠাৎ করে তৈরি হয় না। আবার হঠাৎ করে হারিয়েও যায় না। শুধু এক রূপ থেকে আরেক রূপে বদলে যায়।

কিন্তু এমনটা হয় কেন? "Total energy" constant থাকবে কেন?

এটার একটা গভীর কারণ আছে। প্রকৃতির নিয়ম সময়ের সঙ্গে বদলায়না। Gravity আজ যেমন কাজ করছে, গতকালও তেমনি কাজ করেছিল, আর আগামীকালও তেমনি করবে। যদি প্রকৃতির নিয়ম (physical laws) সময়-এর সাথে বদলে যেত, তাহলে Energy-ও হঠাৎ করে তৈরি হতে পারত। আবার হঠাৎ করে হারিয়েও যেতে পারত।

তাহলে দেখো deeper প্রশ্ন হলো, এই মহাবিশ্ব কোটি-কোটি বছর ধরে একই নিয়ম মেনে চলছে কেন? আমাদের কাছে এটার আজও কোনো উত্তর নেই।

সেটার নাম Momentum.

Momentum নির্ভর করে দুটো জিনিসের ওপর --- কোনো বস্তুর mass কতটা, আর সেটা কত speed-এ চলছে।

ধরো, একটা ভারী truck আস্তে আস্তে চলছে। আর একটা ছোট গাড়ি খুব জোরে ছুটে আসছে। দুটোর Momentum কিন্তু same হতে পারে।

ধাক্কা লাগার সময় গাড়ি দুটো একে অপরকে exactly same Force দিয়ে ঠেলে। একটা গাড়ি যত Momentum হারায়, অন্যটা ঠিক ততই পায়। তাই দুটো গাড়ির Momentum যোগ করলে দেখবে, ধাক্কার আগে যা ছিল, ধাক্কার পরেও ঠিক তাই আছে।

তোমার মনে হতে পারে, Energy-র ক্ষেত্রেও কি একই ব্যাপার হয়? Total energy কি constant থাকে? Physics-তো তাই বলে। কিন্তু গাড়ি দুটো তো থেমে গেল। তাহলে সব Energy-গুলো গেল কোথায়?

কোথাও যায়নি। বেশিরভাগ Energy অন্য রূপ নিয়ে নিয়েছে --- দুমড়ে যাওয়া লোহা, heat, শব্দ, আর ভেঙে যাওয়া কাঁচ। মোট Energy-র পরিমাণ একই আছে। শুধু সেটা আর kinetic energy হিসেবে নেই।

কিন্তু Momentum আরও বেশি অবাক করা জিনিস। এটা অন্য রূপ নেয় না। কোথাও লুকিয়েও পড়ে না। ধাক্কা যত জোরেই হোক না কেন, Momentum সবসময় নিখুঁতভাবে balance হয়ে থাকে।

এবার আরও আজব একটা Collision-এর কথা ভাবো। একটা particle তার antimatter যমজ-এর সঙ্গে ধাক্কা খেল। ভেঙে টুকরো টুকরো হয়ে গেল না। উল্টো দিকে ছিটকেও গেল না। দুটো-ই একেবারে vanish হয়ে গেল। তার জায়গায় শুধু এক ঝলক আলো বেরিয়ে এল। কিন্তু এখানেও Momentum একদম ঠিকঠাক balance থাকে। প্রকৃতির হিসেব কখনও ভুল হয়না।

এবার আসি Physics-এর সবচেয়ে বড় রহস্য-গুলোর একটায়। Big Bang-এর সময় সমান পরিমাণ matter আর antimatter তৈরি হওয়ার কথা ছিল। যদি সেটা হতো, তাহলে প্রায় প্রত্যেকটা particle-ই তার উল্টো সঙ্গীকে খুঁজে পেত। তারপর দুটো মিলে একে অপর-কে শেষ করে দিত। পুরো universe-এ শুধু আলো পড়ে থাকত।

কিন্তু সেটা হয়নি।

কোটি কোটি "matter anti-matter" জুটি ধ্বংস হওয়ার সময় একটা করে "matter" particle বেঁচে গিয়েছিল। ওইরকম একটা ছোট বাড়তি "matter particle"-এর বেঁচে যাওয়ার কারণে পরে সব galaxy, সব তারা, সব গ্রহ, আর সব জীবন জন্ম নিল। তুমি আর আমি-ও সেই ধ্বংসলীলায় বেঁচে যাওয়া "matter" particle থেকে তৈরি। Perfect destruction হলে, আমরা কেউই আজ থাকতাম না!

কিন্তু ওই extra "matter" particle-গুলো থাকল কেন? সবার তো নিখুঁতভাবে ধ্বংস হয়ে যাওয়ার কথা। এত বছর ধরে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করার পরে, Scientist-রা আজও এর উত্তর জানেন না।

কিন্তু শুধু সামনের দিকেই গেল না - বনবন করে ঘুরতেও লাগল। Scientist-রা এই বনবন করে ঘোরা-কে model করেন কী করে?

দেখো, সোজা line-এ চলার যেমন নিয়ম আছে, তেমনি ঘোরার-ও নিয়ম আছে।

Ball-টা কত জোরে ঘুরছে, সেটাকে বলে Angular Velocity। কোনো জিনিস-কে ঘোরানো কতটা সোজা বা কতটা কঠিন, সেটা কিসের ওপর নির্ভর করে? শুধু mass-এর ওপর নয়। Mass-টা কোথায় ছড়িয়ে আছে, সেটাও খুব গুরুত্বপূর্ণ।

এটা খেলার মাঠে দারুণভাবে দেখতে পাওয়া যায়। ধরো, একজন ice skater দুহাত ছড়িয়ে বনবন করে ঘুরছে। তারপর সে নিজের দুহাত শরীরের কাছের দিকে টেনে নিল। সঙ্গে সঙ্গে দেখবে সে অনেক বেশি জোরে ঘুরতে শুরু করবে। দেখলে মনে হবে যেন হঠাৎ করে speed বেড়ে গেল।

কিন্তু total spin, যেটাকে Angular Momentum বলে, সেটা একই থাকে। দুহাত শরীরের কাছে এনে সে শুধু mass-টা কীভাবে ছড়িয়ে আছে, সেটা বদলে দিয়েছে। Angular Momentum-টা কিন্তু একই আছে। তাই ঘোরার speed-টা immediately বেড়ে যায়।

এই একই কারণে Olympics-এ diver-রা হাওয়ায় ডিগবাজি খাওয়ার আগে শরীরটা গুটিয়ে নেয় - যাতে জলে পড়ার আগে অনেকগুলো ডিগবাজি complete হয়ে যায়।

মজার ব্যাপার হলো, এই concept-টা শুধু football বা figure skating-এ আটকে নেই। এটার প্রয়োজন লাগে universe-এর সবচেয়ে রহস্যজনক বস্তু --- Black Hole --- নিয়ে research করার জন্য।

একটা Black Hole খুব সহজেই বিরাট-বিরাট তারা গিলে ফেলতে পারে। মনে হতে পারে যে Black Hole-এর ভিতরে ঢুকে গেলে সব কিছু চিরকালের মতো হারিয়ে গেল। কিন্তু একটা জিনিস হারিয়ে যায় না - angular momentum (বা spin)।

বস্তুটা ভিতরে ঢোকার আগে যদি ঘুরতে থাকে, তাহলে সেই "spin", Black Hole-এর spin বদলে দেবে। মানে, universe-এর সবচেয়ে ভয়ংকর ধ্বংসকারী Black Hole-টা "Angular Momentum"-কে মুছে ফেলতে পারে না।

কিন্তু Black Hole-এর ভিতরে পড়ে যাওয়া বাকি সবকিছুর কী হয় (যেমন Total Information)?

এত বছর ধরে গবেষণা করার পরেও Scientist-রা খুব একটা সুরাহা করতে পারেননি।

কারণ চাঁদ চুপচাপ দাঁড়িয়ে নেই। চাঁদ-ও দারুণ speed-এ এগিয়ে চলেছে - চেষ্টা করছে মহাশূন্যে মিলিয়ে যেতে। প্রত্যেক মুহূর্তে-ই পৃথিবীর Gravitational Pull (মাধ্যাকর্ষণ) ওকে নিজের দিকে টানছে। আর চাঁদ উল্টো দিকে ছিটকে চলে যেতে চাইছে। এর ফলে, কেউ-ই জিততে পারছে না। তবে এই টানাটানির একটা side effect হিসেবে চাঁদ-টা বনবন করে পৃথিবীর চারিপাশে ঘুরতে বাধ্য হচ্ছে। (এই ঘুরে বেড়ানোটাকে আমরা চাঁদের Orbit বলি।)

এবার প্রশ্ন হলো, পৃথিবী কতটা জোরে চাঁদকে টানবে, সেটা ঠিক করে দেয় কে? নিয়মটা অবাক করে দেওয়ার মতো সোজা। যে কোনো বস্তু, যার mass আছে, সে অন্য যে কোনো বস্তু (যার mass আছে) তাকে নিজের দিকে টানে। Mass যত বেশি, টানটা তত বেশি।

আর দুটো বস্তুর মধ্যে দূরত্ব যত বাড়তে থাকে, টানটা তত তাড়াতাড়ি কমতে থাকে। দূরত্ব দ্বিগুণ হলে টানটা চার গুণ কমে যায়।

কিন্তু গল্প-টা এখানেই শেষ নয়। Gravitation আবিষ্কারের অনেক বছর পরে, যখন astronomers-রা মহাকাশের galaxy-গুলোকে ভালো করে দেখার সুযোগ পেলেন, তখন একটা আজব ব্যাপার চোখে পড়ল। Galaxy-র একদম ধারের দিকের তারাগুলো এত জোরে ঘুরছে যে শুধু Gravity দিয়ে ওদের ধরে রাখা সম্ভব নয়। Newton-এর Law ঠিক হলে, ওই galaxy-গুলো ভেঙে চুরমার হয়ে যাওয়া উচিত ছিল। কিন্তু সেটা তো হচ্ছে না। Galaxy-রা সবাই খুব stable।

তার মানে কিছু একটা আমরা এখনও বুঝিনা।

Science বলে যে: হতে পারে galaxy-র মধ্যে "Dark Matter" বলে কিছু একটা "অদৃশ্য" জিনিস আছে - যার Gravity আমরা অনুভব করতে পারি, কিন্তু যেটা সরাসরি দেখা যায়না। Dark Matter (এবং Dark Energy) এটা নিয়ে অনেক scientists অনেক বড় বড় কথা বলেন - কিন্তু এগুলো basically আমাদের অজ্ঞানতাটা ঢেকে রাখার একটা উপায়। এগুলো কী, এগুলো আদৌ সত্যি আছে কিনা - আমরা কিছুই জানিনা। সব আপাতত বানানো গল্প। হয়তো একদিন প্রমাণিত হবে। অথবা হয়তো এগুলো একদিন ভুল ধারণা প্রমাণিত হবে (ঠিক যেমন সূর্য পৃথিবীর চারিপাশে ঘোরে সেটা একটা গল্প ছিল, যেটা পরে ভুল প্রমাণিত হয়েছে)।

আবার এও হতে পারে যে Newton-এর নিয়মটা ঠিক নয়। Galaxy scale-এ হয়তো law-টা change হয়ে যায়? সেটাও একটা গল্প যেটা আমরা ঠিক/ভুল প্রমাণ করতে পারিনি এখনও।

এই "Dark Matter" আর "Dark Energy" মহাবিশ্বের সবচেয়ে বড় রহস্যগুলোর মধ্যে অন্যতম। সাংঘাতিক interesting!

কিন্তু এই সব হিসেব engineer-রা আগে থেকে করেন কীভাবে? আগে থেকে কী করে ওরা জানেন যে building-টা কতটা হেলে পড়বে?

এই ব্যাপারটা শুধু দুটো concept-এর উপর দাঁড়িয়ে আছে।

1) First concept হলো "Stress"। এর মানে হলো কোনো Material-এর উপর কতটা চাপ দেওয়া হচ্ছে। 2) Second concept হলো Strain। এর মানে, material-টার আকৃতিটা কতটা বদলাচ্ছে (stress-এর ফলে)। Steel প্রায় একেবারেই "strain"-ed হয় না। Rubber আবার খুব সহজেই "strain"-ed হয়ে যায়।

কিন্তু এটা একটা উপর উপর গল্প। ভেতরে সত্যি হচ্ছেটা কী?

দেখো - সব materials atom দিয়ে তৈরি। এই atom-গুলো ছোট-ছোট "bond" দিয়ে একে অপরের সঙ্গে জোড়া। এই bond-গুলো কী? এরা ছোট ছোট spring-এর মতো। অল্প টান দিলে প্রত্যেকটা spring একটু লম্বা হয় - সব spring মিলে চাপটা ভাগ করে নেয়। তাই পুরো Material-টাও আস্তে আস্তে, খুব নির্দিষ্টভাবে বেঁকে যায়।

কিন্তু টানটা যদি বেশি হয়ে যায়, তখন কিছু-কিছু spring ছিঁড়ে যেতে শুরু করে। যখন অনেকগুলো spring (বা bond) ছিঁড়ে যায়, তখন Material-টা আগের অবস্থায় আর ফিরে যেতে পারে না। আমরা তখন বলি যে material-টা "permanently deformed" হয়ে গেছে (মানে দুমড়ে-মুচকে গেছে বা ছিঁড়ে গেছে)।

কিন্তু এখানেই গল্প শেষ না। একটা রহস্য এখনও বাকি।

Steel হোক, glass হোক, বা carbon হোক --- যে কোনো solid জিনিসের মধ্যেই সবসময় আমরা দেখি একটা খুঁত সব সময় হাজির! হয়তো একটা ছোট ফাটল। হয়তো একটা atom নেই। হয়তো একটা ভুল atom (impurity) বসে আছে। কিছু না কিছু খুঁত থাকবেই - ALWAYS!

Stress বেশি হলে ওই এই খুঁতগুলোর জন্যই পুরো জিনিসটা ভেঙে পড়তে শুরু করে।

প্রকৃতি কি ইচ্ছে করেই কোনো Material-কে একেবারে নিখুঁত হতে দেয় না? এই খুঁতগুলো কি সত্যি খুঁত নাকি এগুলো প্রকৃতির evolutionary methods?

আমরা এখনও ঠিক ভালোভাবে বুঝিনা।

কিন্তু এমনটা কেন? নিচের দিকটা এত মোটা করে বানাতে হয় কেন?

কারণটা হলো জলের চাপ (বা pressure)। ধরো, তুমি একটা swimming pool-এ ডুব দিয়েছো। প্রথমে কিছু মনে হবে না। কিন্তু যত গভীরে যেতে থাকবে, তত কানের উপর চাপ-টা বাড়তে থাকবে।

কিন্তু কেন?

কারণ যত নিচে যাচ্ছো, তত বেশি জল তোমার মাথার ওপরে জমা হচ্ছে। আর ওই সব জলের weight নিচের জলের ওপর চাপ দিতে থাকে। তাই সোজা কথায়, যত গভীরে যাবে, তত pressure বাড়বে। ঠিক এই কারণেই বাঁধের নিচের দিকটা এত মোটা করে বানানো হয়। কারণ নিচের দিকে জলের pressure-টা অনেক বেশি। তাই বাঁধ-কেও অনেক বেশি চাপ সামলাতে হয়। কিন্তু ওপরের দিকে অত pressure নেই। তাই যত গভীর নদী, তত বাঁধের নিচের অংশের উপর চাপ বেড়ে যায়।

কিন্তু... এখানেই গল্প-টা শেষ নয়। একটু ভেবে দেখো তো। আমরা তো বললাম pressure বাড়ে কারণ ওপরের জলের weight। কিন্তু weight তো সবসময় নিচের দিকে কাজ করে, তাই না? তাহলে আমি যখন জলের নিচে ডুব দিয়ে সাঁতার কাটি, তখন শুধু মাথার উপর চাপ পড়ে না কেন? বুকের ওপরও চাপ লাগে। পিঠের ওপরও লাগে। এমনকি নিচের থেকেও চাপ আসতে থাকে।

কিন্তু হঠাৎ নিচের থেকে ওপরের দিকে চাপ আসে কেন?

দেখো, জল শুধু একদিক থেকে চাপ দেয় না। সামনের দিক থেকে দেয়। পেছনের দিক থেকেও দেয়। দুই পাশ থেকেও দেয়। ওপর থেকে দেয়। নিচের থেকেও দেয়। মানে সব দিক থেকে একই রকম pressure আসে।

তাহলে আসল প্রশ্ন-টা হলো... যদি weight শুধু নিচের দিকে কাজ করে, তাহলে ওই weight থেকে, সব দিকে pressure ছড়িয়ে পড়ছে কেন?

এর কারণ-টা হলো, জল একটা liquid - যেটাতে molecules-গুলো freely ঘুরে বেড়াতে পারে। যেখানে pressure বেশি, সেখান থেকে molecules-গুলো কম pressure-এর জায়গায় flow করতে থাকে। আর এটা ততক্ষণ চলতেই থাকে, যতক্ষণ না same height-এ pressure-টা সব জায়গায় same হয়ে যায়। তাই swimming pool-এর নিচে, বা নদীর ভেতরে, একই height-এ থাকা দুটো জায়গায় pressure একই থাকে। তাই তোমার মাথার ওপরে যে pressure পাবে, তোমার বুকের ওপরেও প্রায় একই pressure থাকবে।

কিন্তু কেন???

কারণ যদি এক জায়গায় pressure বেশি আর আরেক জায়গায় কম হয়, তাহলে জল সঙ্গে সঙ্গে বেশি pressure-এর জায়গা থেকে কম pressure-এর দিকে সরে যাবে। আর flow করতে করতে pressure-টা আবার same করে দেবে। কিন্তু... এখানেও আরও বড় প্রশ্ন উঠে আসছে।

Liquid এমন করতে চায় কেন? Same height-এ pressure same করে ফেলার এই অভ্যাস-টা এলো কোথা থেকে?

এর পিছনে একটা অনেক গভীর কারণ আছে। সেটার নাম Entropy. Entropy কী, সেটা আমরা পরে একটা আলাদা chapter-এ ভালো করে বুঝবো। কিন্তু entropy প্রকৃতির একটা fundamental নিয়ম কেন — সেই প্রশ্নের উত্তর বিজ্ঞান আজও জানে না। এটা modern science-এর একটা বিরাট রহস্য।

ব্যাপারটা মোটেই সোজা নয়।

ধরো, প্রত্যেক মুহূর্তে শত শত Litre জল, ওই সরু জায়গাটায় ঢুকছে। ওই একই পরিমাণ জলকে আবার সামনের দিক দিয়ে বেরিয়েও যেতে হবে - তাই না? জল তো আর হঠাৎ হারিয়ে যেতে পারে না। আবার জমে থাকারও জায়গা নেই।

তাই একমাত্র (এবং কেবল একমাত্র) উপায় হলো, জলের flow-এর speed-টা বেড়ে যাওয়া। যত সরু পথ, তত বেশি speed-এ জলকে বইতে হবে, যাতে প্রত্যেক মুহূর্তে যত পরিমাণ জল এক দিক দিয়ে ঢুকছে, সেই একই পরিমাণ জল আরেকদিক দিয়ে বেরিয়ে যেতে পারে। Physicists-রা এটাকে লেখে "equation of continuity" দিয়ে।

কিন্তু এই subject-টা এত সোজা মোটেই নয়। এটা পৃথিবীর সবচেয়ে কঠিন subject-গুলোর মধ্যে একটা।

কেন?

কারণ turbulence। জলের গতি যদি খুব বেশি হয়ে যায়, তখন smooth flow-টা ভেঙে যায়। ছোট ছোট ঘূর্ণি তৈরি হয়। জলটা ঘুরপাক খেতে থাকে। এই ঘুরপাককে বলে turbulence। হিমালয়ের নদীর প্রবল স্রোতে turbulence খুব commonly দেখা যায় (পারলে নিজের চোখে দেখে এসো একদিন)।

তোমার মনে হতে পারে, এত বছর ধরে Physics নিয়ে পড়াশোনা করার পরে, এমন রোজ দেখা একটা জিনিস আমরা নিশ্চয়ই পুরো বুঝে গেছি।

মোটেই না।

Flowing Fluid-এর Equation-গুলো আমাদের জানা। শান্ত, smooth নদীতে সেগুলো দারুণ কাজ করে। কিন্তু turbulence শুরু হলেই ব্যাপারটা বিগড়ে যায়। Equation-গুলো ভীষণ কঠিন হয়ে যায়। Solve করা যায় না। In fact, এই Equation-গুলো reliably solve করা Millennium Prize Problems-এর একটা। এটা তুমি solve করে ফেললে ঘরে বসে One Million Dollar পেয়ে যাবে।

নদী, ঝরনা, খাল-বিলের পিছনের Mathematics-এর একটা বড় অংশ আজও Science-এর অমীমাংসিত রহস্যগুলোর মধ্যে একটা।

এমন হয় কেন?

সাবানের বুদবুদ আসলে খুব পাতলা একটা সাবান-জলের layer (বা film)। তুমি ফুঁ দেওয়ার সময় ওই সাবান-জলের layer-টার ভিতরে একটু হাওয়া আটকে যায়।

ওই বুদবুদ-টার সামনে একটা challenge: ওই হাওয়াটাকে ঘিরে রাখতে হবে কিন্তু যতটা কম "Surface Area" দিয়ে সেটা করা যায়, তত কষ্ট কম। আর mathemtically এটা প্রমাণ করা যায় যে সবচেয়ে কম "Surface Area"-এর আকৃতি হলো একটা গোলক (বা sphere)।

কিন্তু জল হঠাৎ নিজের থেকে Surface Area কমাতে চাইবে কেন?

উত্তরটা লুকিয়ে আছে জলের molecule-গুলোর মধ্যে। জলের ভিতরের দিকের molecule-এর চারিদিকে অন্য water molecules থাকে। তারা একে অপর-কে টানে।

কিন্তু একদম surface-এর molecule-এর সব দিকে কিন্তু molecules নেই। তাই সেটা একটু unrelaxed state-এ থাকে - একটু যেন tension বেশি। এই state-টার energy-ও বেশি naturally। আর প্রকৃতি এরকম unrelaxed, high energy state পছন্দ করে না। তাই জল চায় Surface-এ যত কম molecule থাকবে তত ভালো। তার ফলে Surface-টা সবসময় একটু ভিতরের দিকে টান খেতে থাকে। এই টানটাকেই বলে Surface Tension। এটা একটা force যেটা সবসময় Surface-কে আরও ছোট করার চেষ্টা করছে।

মজার ব্যাপার হলো, Surface Tension "Life creation"-এ একটা বড় ভূমিকা নিয়েছিল। কেরকম? বলছি।

দেখো, আমাদের শরীরের প্রত্যেকটা cell-এর চারপাশে একটা পাতলা membrane থাকে। ওই membrane-টা cell-এর ভিতরটাকে বাইরের দুনিয়া থেকে আলাদা করে রাখে।

এবার কোটি কোটি বছর পেছনে চলো। পৃথিবী তখন একদম নতুন। শুধু জল, পাথর, আর কিছু সাধারণ molecules। ওই molecules-গুলোর মধ্যে কিছু molecules, কোনো একভাবে, নিজেদের চারপাশে, ছোট ছোট membrane তৈরি করতে শুরু করলো। আর তার ফলে তৈরি হলো ছোট ছোট chemical বুদবুদ। হয়তো ওই ছোট বুদবুদ-গুলোর ভিতরেই জীবনের প্রথম ধাপ শুরু হয়েছিল। তারপর কোনো এক সময়, অসংখ্য chemical বুদবুদ-এর মধ্যে একটা এমন কিছু ঘটলো, যেটা আমাদের পূর্বপুরুষ হয়ে গেল।

কেন এবং কীভাবে?

সেটা আজও Science-এর সবচেয়ে বড় রহস্য-গুলোর একটা। বুদবুদ কীভাবে তৈরি করতে হয়, সেটা আমরা বুঝি। কিন্তু chemical বুদবুদ থেকে জীবন কীভাবে শুরু হলো, সেই প্রশ্নের উত্তর আজও আমাদের জানা নেই।

কিন্তু গরম করলে কোনো solid জিনিস expand করে কেন?

দেখো, সব জিনিস Atom দিয়ে তৈরি, আর সেই Atom-গুলো কখনো চুপচাপ বসে থাকে না। তুমি যখন কোনো জিনিস গরম করো, তখন তার Atom-গুলো আরও জোরে নড়াচড়া করতে থাকে।

এই নড়াচড়ার মাত্রাটাকেই আমরা Temperature বলি। যে জিনিসে Atom-গুলো যত বেশি জোরে নড়ছে, সেই জিনিসের Temperature তত বেশি। Temperature ব্যাপারটা clear হলো তো?

কিন্তু এখানেই আরেকটা প্রশ্ন। ধরো, space-এ একটা Atom একা একা ভেসে বেড়াচ্ছে। একটা মাত্র Atom-এর কি Temperature থাকতে পারে?

উত্তরটা simple নয়। একটা Atom একা থাকলে সেটা গরমও না, ঠান্ডাও না। Temperature এমন কোনো জিনিস নয়, যেটা একটা Atom একা একা বয়ে নিয়ে বেড়ায়। Temperature-এর concept-টা তখনই valid, যখন অসংখ্য Atom একসঙ্গে নড়াচড়া করতে থাকে।

Physicist-রা আজও ঠিক clear নন যে roughly কটা Atom হলে Temperature বলে ধারণাটার কোনো মানে থাকে না।

দেখো, Heat তিনভাবে এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় যেতে পারে।

প্রথমটা হলো Conduction — এখানে Heat একটা Atom থেকে পাশের Atom-এ চলে যায়। সেই জন্যই গরম চায়ে চামচ রেখে দিলে একটু পরে চামচটাও গরম হয়ে যায়।

দ্বিতীয়টা হলো Convection — এখানে Heat-কে বয়ে নিয়ে যায় কোনো চলমান fluid। যেমন শীতকালে heater থেকে গরম হাওয়া ওপরের দিকে উঠে যায়।

কিন্তু ফাঁকা space-এ এই দুটোর একটাও কাজ করা সম্ভব না।

সূর্য পৃথিবীকে গরম রাখে একটা তৃতীয় উপায়ে — Radiation। এখানে Heat Atom বা হাওয়ার ওপর নির্ভর করে না। এখানে Heat-কে transfer করে Electromagnetic Waves। এই Wave-গুলো electric আর magnetic fields-এর oscillation।

Electromagnetism আমরা পরে অন্য chapter-এ বুঝব।

কিন্তু এখানে আরেকটা প্রশ্ন আছে। সূর্য থেকে এরকম waves বেরোয় কেন?

দেখো, সূর্যের খুব গভীরে, প্রচণ্ড pressure আর heat-এর মাঝে, Hydrogen-এর nucleus-গুলো fuse হয়ে Helium তৈরি হয়। এই প্রক্রিয়ার নাম fusion। প্রত্যেক second-এ এমন অসংখ্য reaction ঘটে, আর সেই Energy আস্তে আস্তে core থেকে surface-এর দিকে এগিয়ে আসে। Surface-এ পৌঁছালে, ওখানকার Atom-গুলো প্রচণ্ড জোরে নড়াচড়া করতে থাকে — temperature তখন প্রায় ৫,৫০০°C। যখন দুটো Atom ধাক্কা খায়, তখন কোনো কোনো Electrons ওপরের Energy Level-এ উঠে যায়। কিন্তু Electron ওখানে বেশিক্ষণ থাকতে পারে না। নিজের থেকেই আবার নিচে নেমে আসে। নামার সময় extra Energy-টা একটা photon হিসেবে ছেড়ে দেয়। Electron যতটা নিচে নামে, Photon-টার Energy তত বেশি হয়। জিনিসটা যত বেশি গরম, ধাক্কাগুলো তত জোরে আর ঘনঘন হয়। তাই প্রত্যেক second-এ তত বেশি Electron ওপরে ওঠে, আবার নিচে নামে। আর তত বেশি photon বেরোয়। এই photon-গুলোই হলো Electromagnetic Waves-এর "particle" রূপ (Wave-Particle duality)। এরা লক্ষ লক্ষ কিলোমিটার পেরিয়ে আমাদের পৃথিবীতে ছুটে আসে। আর আমাদের ঠান্ডায় জমে মারা যাওয়া থেকে বাঁচায়!

Universe-এর প্রত্যেকটা গরম বস্তুর থেকে সবসময় electromagnetic Radiation বেরোচ্ছে। তোমার নিজের শরীরও ব্যতিক্রম নয়। কিন্তু এখানে লুকিয়ে আছে আরেকটা রহস্য।

কোটি কোটি বছর আগে, যখন পৃথিবীতে জীবন just শুরু হচ্ছিল, তখনকার সূর্য আজকের মতো অত উজ্জ্বল ছিল না। আমাদের হিসেব বলছে, তখন পৃথিবীটা এতটাই ঠান্ডা হওয়ার কথা ছিল যে সব সমুদ্র বরফ হয়ে যাওয়া উচিত ছিল।

কিন্তু সেটা হয়নি। Fossils আমাদের বলে দিচ্ছে যে তখনও নদী বইছিল, জল ছিল, আর আবহাওয়াও বেশ গরম ছিল। মানে, কোনো এক ভাবে তখনও পৃথিবী এত গরম ছিল যে সমুদ্র টিকে ছিল। আর পরে সেই সমুদ্রেই জীবনের শুরু হয়।

সূর্য তখন ম্লান ছিল। তবুও পৃথিবী গরম ছিল। কেন?

এটা আমরা আজও জানি না।

এটা বোঝার একটা উপায় হলো Entropy।

Entropy concept-টা দিয়ে আমরা মাপি যে কোনো কিছু কতটা এলোমেলো হয়ে গেছে।

ধরো, একটা ঘরের এক কোণে perfume-এর বোতল খুললে। প্রথমে সব perfume-এর molecules ওই ছোট্ট বোতলের ভিতরেই থাকে। কয়েক মিনিট পরে দেখবে সেগুলো সারা ঘরে ছড়িয়ে পড়েছে। নিজে থেকে ফিরে গিয়ে বোতলের ভিতরে ঢুকে পড়ে না কখনো।

তাহলে প্রকৃতি কি সবসময় বেশি এলোমেলো অবস্থার দিকে এগোয়? এটাই কি "সময়" জিনিসটার প্রকৃত মানে?

এটা বোঝার একটা সোজা উপায় আছে। কোনো কিছুকে গুছিয়ে রাখার উপায় খুব কম। কিন্তু এলোমেলো করে রাখার উপায় অসংখ্য। তাই কোটি কোটি particles যদি ছেড়ে দেওয়া হয়, তাহলে তাদের গুছিয়ে থাকার চেয়ে এলোমেলো হয়ে যাওয়ার প্রবণতাটা অনেক বেশি।

তার মানে এই নয় যে "গোছানো অবস্থা" কখনো তৈরি হতে পারে না। তুমি একটা সুন্দর বাড়ি বানাতে পারো, cake বানাতে পারো, নিজের ঘর গুছিয়ে রাখতে পারো। কিন্তু এগুলো করতে গেলে Energy খরচ করতে লাগে। আর এক জায়গায় যতটা গুছাও, অন্য কোনো জায়গায় তার চেয়েও বেশি "অগোছালো অবস্থা" তৈরি হয়। হতেই হবে। এটাই Entropy-র নিয়ম।

কিন্তু এখানেই Science-এর সবচেয়ে বড় রহস্যগুলোর একটা লুকিয়ে আছে।

যদি এলোমেলো অবস্থা এত বেশি সম্ভাব্য হয়, তাহলে আমাদের universe-টা শুরু থেকেই এত বিশেষভাবে সাজানো কেন? এত সুন্দর তারা, galaxy, গ্রহ, এগুলো তৈরি হওয়া সম্ভব কী করে? Big Bang-এর পরে, কালির ফোঁটার মতো সব কিছু চারিদিকে ছড়িয়ে পড়েনি কেন?

আজও কেউ জানে না।

প্রায় আশি বছর পরে, ১৯০৫ সালে, Albert Einstein তার উত্তর দিলেন।

জল আসলে একটা smooth continuous জিনিস নয় — এটা অসংখ্য ছোট-ছোট molecules দিয়ে তৈরি, আর প্রত্যেকটা molecule এলোমেলোভাবে সবসময় নড়াচড়া করছে। একটা molecule এত ছোট যে আলাদা করে দেখা যায় না, কিন্তু সব molecules মিলে pollen-এর দানাটাকে সব দিক থেকে ধাক্কা মারতে থাকে। সব ধাক্কা কখনো ঠিক সমান হয় না, তাই দানাটা কিছুতেই স্থির হয়ে থাকতে পারে না।

এবার gas বা liquid-কে যদি তুমি অসংখ্য খুদে particle হিসেবে ভাবতে শুরু করো, তাহলে সঙ্গে সঙ্গে দুটো খুব চেনা জিনিস বোঝা অনেক সহজ হয়ে যায়: Temperature আর Pressure।

Temperature কি? Temperature আসলে বলে দেয়, ওই particle-গুলো গড়ে কত speed-এ নড়াচড়া করছে — particle যত জোরে ছোটে, Temperature তত বেশি।

আর Pressure কি? Pressure তৈরি হয় যখন ওই particle-গুলো বারবার container-এর দেওয়ালে ধাক্কা মারে। প্রত্যেক second-এ অসংখ্য ছোট ছোট ধাক্কা মিলে একটা স্থির চাপ তৈরি করে।

কিন্তু এখানে আরেকটা প্রশ্ন আসে। যদি Pressure আসলে এতগুলো এলোমেলো ধাক্কা দিয়ে তৈরি হয়, তাহলে সেটার নিজেরও এলোমেলো হওয়ার কথা। Pressure gauge-এর reading প্রত্যেক মুহূর্তে লাফিয়ে লাফিয়ে বদলায় না কেন?

আসল কথা হলো, particles-এর সংখ্যাটা এত বিশাল যে ওই ছোট ছোট ওঠা-নামাগুলো আর বোঝা যায় না। কেরকম? ধরো, তুমি মুষলধার বৃষ্টির মধ্যে দাঁড়িয়ে আছো। প্রত্যেকটা বৃষ্টির ফোঁটা আলাদা জায়গায়, আলাদা সময়ে পড়ছে। তবুও সব মিলে একটা টানা, same শব্দ শোনা যায় - উনিশ-বিশটা আর বোঝা যায় না।

Matter-কে এভাবে atomic theory দিয়ে ভাবার ফলে Science-এ বিরাট পরিবর্তন এসেছে। এই একটা ধারণা দিয়েই বোঝা যায় balloon কেন ফুলে ওঠে, tyre-এর ভিতরে হাওয়া কেন আটকে থাকে, আবহাওয়া কেন বদলায়, আর gas গরম করলে কেন ফুলে ওঠে।

এই chapter-টা Scientists-রা এখন বেশ ভালো বোঝেন। রহস্য খুব একটা আর বাকি নেই।

ব্যাপারটা হলো, দোলনাটা যত মাঝখানের জায়গা থেকে সরে যায়, Gravity তত সেটাকে মাঝখানে ফিরিয়ে আনার চেষ্টা করে। যত বেশি দূরে যায়, gravity-র টানও তত বেশি হয়। তাই বড় দোলনাকে যদিও বেশি রাস্তা পেরোতে হয়, সেটা তত বেশি জোরে ফিরে আসে। এই দুটো প্রভাব একে অপরকে cancel করে দেয়। তাই ছোট swing হোক বা অনেক বড় swing, দুলতে যে সময়টা লাগে, সেটা একই থাকে।

এই রকম বারবার ফিরে আসা motion-কে বলে Oscillation।

প্রকৃতির ঝুলিতে এই Oscillation নিয়ে অনেক বড় বড় চমক আছে।

ধরো, সন্ধেবেলা একটা জঙ্গলে হাজার হাজার জোনাকি আছে। প্রথমে প্রত্যেকটা নিজের মতো করে জ্বলছে আর নিভছে — কারোর সঙ্গে কারোর কোনো মিল নেই। কিন্তু কয়েক মিনিট পরে একটা অবাক করা ব্যাপার ঘটে। কেউ ওদের নির্দেশ দেয় না, কেউ ওদের চালায় না, তবুও দেখতে দেখতে সব জোনাকি একসঙ্গে জ্বলতে আর নিভতে শুরু করে। শেষ পর্যন্ত পুরো গাছটা একসঙ্গে জ্বলা নেভা শুরু করে।

প্রত্যেকটা জোনাকি শুধু তার কাছাকাছি হাতে-গোনা কয়েকটা জোনাকির আলোকে দেখতে পায়। তাহলে হাজার হাজার আলাদা আলাদা পোকা মিলে একটা বিশাল unified দলের মতো আচরণ করে কীভাবে?

বিজ্ঞানীরা কিছু সহজ Mathematical Rules খুঁজে পেয়েছেন, যেগুলো গল্পের কিছু অংশ বোঝায়। কিন্তু পুরো ব্যাপারটা আজও অবাক করে দেবার মতো কঠিন। Synchronisation শুধু জোনাকির মধ্যেই নয় — হৃদয়ের cell-এ আছে, power grid-এ আছে, এমনকি stadium-এ বসা একসঙ্গে তালি দেওয়া মানুষের দলেও আছে।

সহজ কিছু নিয়ম থেকে এমন নিখুঁত "emergent behaviour" কীভাবে তৈরি হয়, সেটা আজও রহস্য।

Wave মানে জলের ভ্রমণ (বা transmission) নয়। Wave হলো Energy-র ভ্রমণ। জলের কণাগুলো শুধু ওপর-নিচে (vertically) ওঠে-নামে। কিন্তু Energy-টা পাশের দিকে (horizontally) যায়। জলটা Energy-টা পাশের জলকে দিয়ে দেয়, সেই জল আবার তার পাশের জলকে দেয় — এভাবেই Energy-টা চলতে থাকে (যেন একজন মিস্ত্রি আরেকজন মিস্ত্রিকে ইট pass করছে বাড়ি বানাবার সময়)। জল নিজের জায়গাতেই থাকে (যেমন মিস্ত্রিরা নিজের জায়গাতেই থাকে), কিন্তু Wave-টা সামনের দিকে এগিয়ে যায় (যেমন ইটটা সামনের দিকে এগিয়ে যায়)।

Football stadium-এ "wave" দেখেছো নিশ্চয়ই। প্রত্যেকজন শুধু একবার উঠে দাঁড়ায়, আবার বসে পড়ে। কিন্তু ওপর থেকে দেখলে, wave-টা পুরো stadium ঘুরে বেড়ায়।

এই কারণেই tsunami-র ভয়ংকর Energy বিশাল বিশাল সমুদ্র পেরিয়ে যেতে পারে, কিন্তু সমুদ্র যেখানে ছিল সেখানেই থাকে।

মজার ব্যাপার হলো, গভীর সমুদ্রে tsunami-কে অনেক সময় বুঝতেই পাওয়া যায় না। সেটা হয়তো শত শত কিলোমিটার লম্বা, কিন্তু উঁচুতে মাত্র এক বা দুই metre। তাই জাহাজ সহজেই তার ওপর দিয়ে চলে যায়।

কিন্তু উপকূলের কাছে পৌঁছালে সব বদলে যায়। Wave-এর সামনের অংশ সমুদ্রের তল ঘষে বলে আস্তে হয়ে যায় (friction loss)। কিন্তু পেছন থেকে Energy এসেই যাচ্ছে একের পর এক। Energy ছড়িয়ে পড়ার জায়গা ক্রমশ কমতে থাকে। Wave ক্রমশ উঁচু হতে থাকে, খাড়া হতে থাকে। তারপর এক সময় প্রচণ্ড জোরে উপকূলে আছড়ে পড়ে। এটাই Tsunami।

কিন্তু সমুদ্রের ঝুলিতে আরও চমক আছে।

শত শত বছর ধরে নাবিকেরা বিশাল বিশাল ঢেউয়ের গল্প বলে এসেছেন — হঠাৎ কোনো সতর্কতা ছাড়াই নাকি এমন ঢেউ উঠে আসতো, যা পাশের সব ঢেউয়ের থেকে অনেক উঁচু। অনেক বিজ্ঞানী প্রথমে ভেবেছিলেন, এগুলো শুধু গল্প, বা একটু বাড়িয়ে বলা।

তারপর ১৯৯৫ সালে North Sea-র একটা oil platform এমনই একটা ঢেউ মাপলো। একটা special Wave তার পাশের ঢেউগুলোর থেকে প্রায় দ্বিগুণ উঁচু হয়ে হঠাৎ উঠে এলো। তারপর যত তাড়াতাড়ি এসেছিল, তত তাড়াতাড়িই হারিয়েও গেলো। এগুলোকে বলে Rogue Wave। আজও আমরা আগে থেকে predict করতে পারি না, কখন বা কোথায় এমন Wave দেখা দেবে।

সমুদ্র জানে এগুলো কীভাবে তৈরি করতে হয়। আমরা জানি না।

কিন্তু jet-টা যদি Sound-এর speed-এর থেকেও বেশি speed-এ ওড়ে? তাহলে পুরো ব্যাপারটা বদলে যায়। Jet আসার সময় তুমি কিছুই শুনতে পাবে না। তারপর হঠাৎ কোনো সতর্কতা ছাড়াই — BOOM! একটা প্রচণ্ড আওয়াজ চারিদিক কাঁপিয়ে দেবে। আর তার একটু পরেই আবার সব চুপচাপ।

এমন আজব ব্যাপার হয় কেন?

ব্যাপারটা হলো, Sound তোমার কানে সঙ্গে সঙ্গে এসে পৌঁছোয় না। Jet যতক্ষণ শব্দের থেকে আস্তে ওড়ে, ততক্ষণ তার তৈরি করা শব্দ তার আগে আগে চলে। তাই jet আসার অনেক আগেই তার আওয়াজটা আমাদের কানে এসে পৌঁছে যায়।

কিন্তু jet যখন sound-এর speed-এর থেকে বেশি speed-এ উড়তে শুরু করে, তখন নিজের আওয়াজকেও জেট-টা পিছনে ফেলে দেয়। Jet থেকে বেরোনো প্রত্যেকটা Sound Wave পিছনে থেকে যায়। সামনের দিকে ছড়িয়ে পড়ার বদলে, Wave-গুলো এক এক করে একে অন্যের ওপরে জমা হতে থাকে। জমা হয়ে তৈরি হয় বিশাল একটা Shockwave। তাই jet আস্তে আস্তে কাছে আসছে, এটা তুমি শুনতে পাবে না। কিন্তু Shockwave-টা যখন তোমার ওপর এসে আছড়ে পড়ে (plane-টা চলে যাবার পরে), তখন সব আওয়াজ একসঙ্গে তোমার কানে এসে পৌঁছোয়। BOOM!

আলোও একই রকম আচরণ করে। কোনো galaxy আমাদের থেকে দূরে সরে গেলে, তার পাঠানো আলোর wavelength একটু একটু করে লম্বা হয়ে যায়। এখানে আওয়াজ বদলাচ্ছে না, এখানে বদলাচ্ছে রং — তারার আলোটা লালের দিকে সরে যাচ্ছে। এটাকে বলে Redshift।

কিন্তু photon তো একটাই। একটাই energy থাকার কথা? মানে একটাই wavelength। তাহলে সেটা হঠাৎ লালের দিকে shift করছে কেন?

ধরো একটা অনেক দূরের তারা তোমার দিকে একটা photon ছুঁড়ে দিলো। এই photon-টা পুরো space-এ একটুও energy loss করে না। তাহলে তার আলো হঠাৎ "লাল" হয়ে যায় কেন? সে কম energy নিয়ে তোমার কাছে এসে পৌঁছোয় কেন?

Actually, energy এমন কোনো জিনিস নয় যা photon-এর fundamental property। Energy হলো এমন একটা জিনিস যেটা তুমি মাপো। আর একই photon-কে আলাদা আলাদা লোক আলাদা আলাদা ভাবে মাপে।

একটা cricket ball-এর কথা ভাবো: তুমি জোরে cycle চালিয়ে দূরে চলে যাবার সময় কেউ যদি তোমার দিকে ball ছোড়ে, সেটা তোমার গায়ে অনেক আস্তে লাগবে। Ball-টা বদলায়নি বলে নয়, তুমি বদলেছো।

তোমার হয়তো ইচ্ছা করবে আলোর ক্ষেত্রেও একই কথা বলতে — "তারা তো ভয়ানক speed-এ দূরে সরে যাচ্ছে, যার মানে তারার relative-এ আমি ভয়ানক speed-এ দূরে চলে যাচ্ছি (cycle-এর মতো)। তাই আমার মনে হয় যেন photon-টা আমার কাছে অনেক আস্তে এসে পৌঁছাচ্ছে।"

এটা একেবারেই ভুল!

এটা বলা বারণ, কারণ আলো (photon) সবসময় constant speed maintain করে - সব frame of reference-এ। তুমি যত জোরেই move করো না কেন, light speed-টা constant।

তাহলে?

দেখো, speed-টা constant, তাই অন্য কিছুকে change হতে হবে: সেটা হলো energy। এটাকে অনুভব করার স্পষ্ট উপায় — তারা তোমার থেকে ছুটে দূরে যাচ্ছে, আর ছুটে চলা কোনো জিনিসের ভিতরের ঘড়ি (inner clock) তোমার relative আস্তে চলে। আস্তে চলা মানে কী? মানে এই তারাটা বেশি "আলসে"। এই আলসে তারাটার থেকে যে photon-টা বেরোচ্ছে, সেটা তুমি যখন মাপবে, তুমি দেখবে যে সেটার অনেক কম energy। আর সেটাই হলো redshift ("red" মানে লম্বা wavelength, লম্বা wavelength মানেই frequency smaller, frequency smaller মানেই energy কম)।

তারাটা কিন্তু শপথ করে বলবে যে সে অনেক বেশি energy-র আলো পাঠিয়েছে (সে একটুও আলসে নয়)। তুমি শপথ করে বলবে যে তারাটা অনেক কম energy-র photon পাঠিয়েছে। Photon শপথ করে বলবে যে সে কোথাও একটুও energy loss করেনি। আর তোমরা তিন জনেই ১০০% ঠিক। এখান থেকেই cosmic special relativity-র শুরু।

এই Redshift মেপেই astronomer-রা একটা অবাক করা জিনিস আবিষ্কার করলেন। প্রায় সব দূরের galaxy-ই আমাদের থেকে দূরে সরে যাচ্ছে। মানে, পুরো universe-ই ক্রমশ প্রসারিত হচ্ছে। আরও অবাক করা ব্যাপার হলো, এই প্রসারণ ক্রমশ আরও তাড়াতাড়ি হচ্ছে। Gravity-র এই প্রসারণটা কমিয়ে দেওয়ার কথা, কিন্তু হচ্ছে উল্টোটা। কেন? আমরা জানি না।

তবে আমরা স্বীকার করব না যে আমরা জানি না। আমরা তাই এই অজানা কারণটার একটা সুন্দর নাম রেখেছি - Dark Energy।

এটা একেবারেই ভুল। Electron গ্রহের মতো nucleus-এর চারিদিকে ঘোরে না।

ধরো, তুমি একটা electron nucleus-এর চারিদিকে ঘুরে বেড়াচ্ছে তার ছবি তুলতে চেষ্টা করছো। পারবে না। তার বদলে দেখবে একটা ঝাপসা মেঘের মতো এলাকা — মানে, যে জায়গাগুলোতে electron-কে পাওয়ার সম্ভাবনা বেশি। কখনো ওই মেঘটা গোল, কখনো dumbbell-এর মতো, কখনো আবার চার-পাপড়ির ফুলের মতো দেখতে। এগুলো কোনো artist-এর আঁকা ছবি নয় — এগুলোই আসল সেই "electron orbitals", যা প্রত্যেকটা Atom, প্রত্যেকটা molecule, আর শেষ পর্যন্ত তোমার চারপাশের পুরো দুনিয়ার গঠন ঠিক করে।

কিন্তু electron এমন মেঘের মতো ছড়িয়ে থাকবে কেন? ঠিক ছড়িয়ে নেই। Electron-টা particle-ই আছে। কিন্তু ওটা কোথায় আছে, সেই position-টা বা পথটা নির্দিষ্ট নয়। ওটার location-টা একটা ধোঁয়ার মতো। প্রকৃতির নিয়ম আমাদের রোজকার বুদ্ধি দিয়ে বোঝা যায় না।

তুমি যে মুহূর্তে electron-কে একেবারে নির্দিষ্ট একটা জায়গায় ধরে ফেলতে চাইবে, সেই মুহূর্তে তার speed-টা ঠিক কত, সেটা আর নিশ্চিত করে বলা যায় না। মানে তার ঠিক পরের মুহূর্তে সেটা universe-এর যে কোনো জায়গায় চলে যেতে পারে। আর যদি তার speed নিশ্চিত করতে চেষ্টা করো, তাহলে তার exact location-টা ঝাপসা হয়ে একটা cloud-এর মতো হয়ে যায়। একেই বলে Uncertainty Principle। এটা আমাদের যন্ত্রের দোষ নয় — এটা universe-এর সবচেয়ে গভীর এবং mysterious নিয়মগুলোর একটা।

প্রায় একশো বছর ধরে অনেক Physicists-রা ভেবেছিলেন, হয়তো এই ঝাপসা ব্যাপারটা শুধু দেখার ভুল। হতে পারে electron-এর জায়গা সবসময়ই ঠিক করা থাকে, শুধু আমরা সেটা দেখতে পাই না — ঠিক যেমন বন্ধ মুঠোর ভিতরে একটা coin আছে, head না tail সেটা আগে থেকেই ঠিক করা, আমরা শুধু দেখতে পাচ্ছি না। হয়তো আমাদের যন্ত্র যথেষ্ট ভালো নয়।

তারপর অনেক experiment করা হলো। Physicist-রা এমন experiments করলেন, যেখানে প্রকৃতি নিজেই উত্তর দিলো। এমন উত্তর যার জন্য ২০২২ সালের Physics-এ Nobel Prize দেওয়া হলো।

কিন্তু তাতে রহস্য কমেনি, উল্টে আরও বেড়ে গেছে।

যদি মাপার আগে electron-এর কোনো নির্দিষ্ট position-ই না থাকে, তাহলে electron-এর location হিসেবে থাকে কী? এই electron cloud-টা আসলে কী জিনিস? মাপার সময় হঠাৎ করে যে electron-টা একটা বিন্দু হয়ে যায়, সেটা আসলে কী?

এটা আজও Science-এর সবচেয়ে বড় অমীমাংসিত রহস্যগুলোর একটা। Electron কোথায় দেখা দেবে, সেটা আমরা probabilistically হিসেব করতে পারি (approximately)। কিন্তু measure করার আগের মুহূর্তে electron জিনিসটা আসলে ঠিক কী, সেটা আমরা আজও বুঝি না।

কিন্তু কেন?

ব্যাপারটার পিছনে ছিল এমন একটা জিনিস, যেটা চোখে দেখা যায় না। Satellite মহাকাশের মধ্যে charged particles-এ ভরা একটা পরিবেশের মধ্যে দিয়ে উড়ে বেড়ায়। তার ফলে satellite-এর এক এক অংশে এক এক রকম charge জমা হয় — ঠিক যেমন বৃষ্টিতে দুটো বালতি রেখেছো, দুটোতে একদম সমান পরিমাণ জল জমবে, এমন কোনো কথা নেই। এভাবে satellite-এর কোনো অংশে বেশি charge জমে, কোনো অংশে কম। আর এই তফাত যত বাড়ে, Electric Potential-ও তত বাড়ে। Electric Potential মানে জমা থাকা Electrical Energy - বেরিয়ে আসার জন্য নিশপিশ করছে। একসময় এই তফাত এত বেড়ে যায় যে হঠাৎ একটা spark satellite-এর এক অংশ থেকে আরেক অংশে লাফ দিয়ে চলে যায়। তার পথে পড়ে থাকা sensitive circuit-গুলো তখন নষ্ট হয়ে যায়।

মজার ব্যাপার হলো, satellite-কে বাইরে থেকে কেউ নষ্ট করে না। Satellite নিজেই নিজেকে electrocute করে ফেলে।

কিন্তু এখানেই আরেকটা গভীর প্রশ্ন আসে। Charge-গুলো তো নড়াচড়া করছে না, শুধু চুপচাপ বসে আছে। তাহলে এই Electric Potential Energy-টা এলো কোথা থেকে?

দেখো charge-গুলোকে ওই জায়গায় এনে রাখতে একসময় Energy লেগেছিল। Electric charge-কে এক জায়গায় জড়ো করা হোক, বা দূরে সরিয়ে নেওয়া হোক — দুটোর জন্যই Electric Force-এর বিরুদ্ধে Work করতে হয়। ওই "Work"-টা হারিয়ে যায় না, Electric Field-এর মধ্যেই সেটা জমা থাকে — ঠিক যেমন চেপে ধরা spring-এর মধ্যে, বা টানা ধনুকের তারে Energy জমা থাকে, সুযোগ পেলেই বেরিয়ে আসার জন্য অপেক্ষা করে। Electric Potential Energy আসলে ওই জমা থাকা energy-র আরেকটা নাম।

এবার আরেকটা মজার প্রশ্ন আসে। যদি একেবারেই কোনো charge না থাকে?

তোমার মনে হতে পারে, একটা একেবারে ফাঁকা vacuum-এর মধ্যে কিছুই থাকার কথা নয় — particle নেই, আলো নেই, matter নেই, তাই Energy-ও নেই। কিন্তু প্রকৃতি এত সোজা নয়। Quantum Physics বলে, সবচেয়ে ফাঁকা space-ও আসলে কখনো পুরো ফাঁকা হয় না। সেখানে সবসময় খুব ছোট ছোট fluctuation চলতেই থাকে, যেগুলো কিছুতেই মুছে ফেলা যায় না। একে বলে Vacuum Energy, বা Zero-Point Energy। সব particle, আলো, সব কিছু সরিয়ে দিলেও কিছু Zero-Point Energy-টা থেকেই যায়।

কিন্তু একেবারে "কিছুই নেই" বলে যাকে ভাবি, তার মধ্যে Energy থাকবে কেন? ফাঁকা space কি তাহলে পুরো ফাঁকা নয়?

এত বছর ধরে experiment, আর Science-এর সবচেয়ে সফল theory-গুলো তৈরি হওয়ার পরেও, Physicist-রা আজও এর কোনো মন ভরানো উত্তর খুঁজে পাননি। অনেক সময় সবচেয়ে বড় রহস্য এটা নয় যে কী আছে। আসল রহস্য হলো, কিছুই না থাকার কথা যেখানে, সেখানেও কিছু থেকে যায় কেন।

কিন্তু বিদ্যুৎ নামার আগে এত Charge থাকে কোথায়?

ধরো, দুটো metal plate মুখোমুখি রাখা আছে, মাঝখানটা ফাঁকা। এবার একটা plate-এ Positive Charge জমা করতে শুরু করলে, আমরা দেখি Charge-গুলো plate-টার একদিকে ভিড় করে দাঁড়িয়ে আছে। ছড়িয়ে যাচ্ছে না। কারণ উল্টো দিকের plate-এর electron-গুলো ওদেরকে টানছে। তাই ওরা ওই জায়গাতেই আটকে আছে।

Plate দুটোকে আরও বড় করো, বা আরও কাছাকাছি নিয়ে এসো — দেখবে টানটা আরও বেড়ে যায়। তখন আরও বেশি Charge জমা করে রাখা যায়। কিন্তু তারও একটা সীমা আছে। Charge জমা করতে করতে একসময় plate দুটোর মাঝের Electric Force এত বেড়ে যায় যে সটাং হাওয়া থেকে electron ছিঁড়ে বেরিয়ে আসে। যে হাওয়া একটু আগে পর্যন্ত insulator ছিল, সেটা হঠাৎ conductor হয়ে যায়। আর সঙ্গে সঙ্গে জমা থাকা Charge প্রচণ্ড বেগে এক পাশ থেকে আরেক পাশে ছুটে চলে যায়। বজ্র-বিদ্যুৎ এই ভাবে কাজ করে।

মেঘ হলো একটা plate, মাটি হলো আরেকটা plate, আর মাঝের বায়ুমণ্ডল হলো insulator। মেঘের ভিতরে আস্তে আস্তে Charge জমা হতে থাকে বৃষ্টির আগে। কিছু সময় পরে, এই charge-এর দরুন Electric Field-টা, এত শক্তিশালী হয়ে ওঠে, যে হাওয়া আর আটকে রাখতে পারে না। আর তখনই বিদ্যুতের চমক তৈরি হয়।

কিন্তু এটা শুধু theory। এটা সত্যি কিনা, আমরা এখনো প্রমাণ পাইনি। বিজ্ঞানীরা যখন যন্ত্রপাতি নিয়ে ঝড়ের মেঘের ভিতরে গিয়েছেন, তখন তাঁরা একটা অবাক করা জিনিস দেখেছেন। মেঘের ভিতরের Electric Field আসলে অতটা শক্তিশালী নয় যে নিজে থেকে হাওয়াকে ভেঙে ফেলে conductor বানিয়ে দিতে পারবে। Physics-এর সাধারণ নিয়ম মেনে চললে, বিদ্যুতের spark হবার কথা নয়।

কিন্তু তবুও হয়। আমরা রোজ দেখি। প্রত্যেক দিন পৃথিবী জুড়ে লক্ষ লক্ষ বার।

কিছু একটা প্রথম spark-টা দিচ্ছে। কিন্তু সেটা কী, আজও আমরা জানি না। এত বছর ধরে ঝড়ের ভিতরে যত যন্ত্র পাঠানো হয়েছে, কোনোটাই সেটা ধরতে পারেনি।

প্রকৃতির সবচেয়ে চেনা দৃশ্যগুলোর একটা আজও রহস্য হয়েই রয়ে গেছে।

Electron-গুলো আগে থেকেই তারের ভিতরে ঠাসা। তুমি switch on করলে কোনো particular electron switch থেকে bulb পর্যন্ত ছুটে চলে যায় না। তারের ভিতরে আগে থেকে যে electron-গুলো আছে, শুধু তাদেরকে একটু ঠেলা মারে। আর সেই ঠেলাটা প্রায় সঙ্গে সঙ্গে তারের মধ্যে দিয়ে ছুটে গিয়ে bulb-টা জ্বালিয়ে দেয়। ঠেলাটা কে দেয়? ঠেলাটা দেয় হয় কোনো Battery বা দূরের কোনো power station।

কিন্তু bulb-টা জ্বলে ওঠে কেন?

দেখো, তারের Atom-গুলো চলতে থাকা electrons-এর রাস্তায় বারবার বাধা দেয়, ধাক্কা দেয়। তখন electrons-এর কিছু kinetic Energy heat energy হয়ে বেরিয়ে যায়। সেই heat-কেই আমরা bulb-এর আলো হিসাবে দেখি।

কিন্তু heat কে হঠাৎ light হিসাবে দেখতে পাই কেন? Simply গরম লাগার কথা। তাহলে?

কারণ যেকোনো গরম জিনিস radiation emit করে। কীভাবে? সেটা আমরা অন্য আরেকটা chapter-এ ভালো করে বুঝবো।

কিন্তু একটা সাধারণ তার magnet হয়ে যায় কিভাবে?

দেখো, তারের ভিতরে সবসময় electrons বয়ে চলেছে। একটা moving electron নিজের চারপাশে একটা magnetic field তৈরি করে। এবার ওই তারটাকে বার বার প্যাঁচিয়ে coil বানাও। তখন হাজার হাজার ছোট ছোট magnetic field lines মিলে একটা বিশাল magnetic field তৈরি হয়ে যায়।

একটা স্থির electron-এর কোনো magnetic field হয় না - magnetism-এর জন্য motion এত important কেন? যেন motion-টাই magnetism-এর লুকোনো secret উপাদান। এটা বুঝতে গেলে relativity লাগবে। আপাতত থাক।

কিন্তু এখানে আরেকটা আজব ব্যাপার আছে। একটা electron একা বসে থাকতে পারে, নিজের charge নিয়ে। Electric field তৈরি করার জন্য কোনো positive partner লাগে না। Positive charge আর negative charge-রা separately exist করতে পারে। কিন্তু north pole আর south pole separately পাওয়া যায় না। একটা magnet-কে মাঝখানে কাটলে কখনো north pole আর south pole আলাদা করতে পারবে না।

Interesting কিনা?

কিন্তু magnetism আসলে আসে কোথা থেকে?

দেখো, প্রত্যেকটা Atom-এর ভিতরে electron আছে। সেই electron-টা ঘুরছে। আমরা জানি Moving electric field, magnetic field produce করে। বেশিরভাগ Materials-এ এই ছোট-ছোট atomic magnet-গুলো যে যার মতো যেদিকে খুশি মুখ করে থাকে। তাই একটা atomic magnet আরেকটা atomic magnet-এর effect কে cancel করে দেয়। শেষ পর্যন্ত বাইরে থেকে কোনো Magnetism-ই দেখা যায় না।

কিন্তু লোহার মধ্যে অন্য ব্যাপার হয়। ওই ছোট ছোট magnet-গুলো একসঙ্গে এক দিকে মুখ করে দাঁড়িয়ে পড়ে। তখন পুরো লোহাটা একটা বড় magnet হয়ে যায়। ঠিক compass-এর কাঁটার মতো।

এবার আরও গভীর প্রশ্ন। একটা electron নিজেই ছোট magnet-এর মতো আচরণ করে। তার এই property-টার নাম "spin"। কিন্তু Spin আসলে কি?

দেখো চলতে থাকা Electric Charge সবসময় Magnetic Field তৈরি করে - সেটা আমরা জানি। তাই Physicist-রা ভাবতেন, হয়তো electron-টা নিজের axis-এ বনবন করে ঘুরছে (পৃথিবীর মতো), আর সেই ঘোরার জন্যই Magnetism তৈরি হচ্ছে। কিন্তু Electron-এর তো কোনো size নেই, কোনো surface-ও নেই। তাহলে ঘুরবে-টা কি?

আজও কেউ electron-এর "ভিতরে" সত্যি সত্যি ঘুরতে থাকা কিছু খুঁজে পাননি। মানে, electron-এর spin আছে, কিন্তু কিছুই আসলে ঘুরছে না।

শুনে মাথা ঘুরে যাচ্ছে কি? আমারও। এমনকি Nobel Prize পাওয়া Physicist-দেরও। Spin exactly কি সেটা আমরা আজও বুঝি না।

Magnet নড়াচড়া করলে Current তৈরি হয় কেন?

Magnet আর coil কোনো সময়ে একে অপরকে ছোঁয় না। Magnet-টা যত নড়ে, coil-এর মধ্যে দিয়ে যাওয়া Magnetic Field-ও তত বদলাতে থাকে, আর সেই বদলটাই electron-গুলোকে তারের মধ্যে ঘুরতে বাধ্য করে। এবার magnet-টাকে coil-এর ভিতরে একেবারে চুপচাপ ধরে রাখো — দেখবে কিছুই হচ্ছে না। নড়াচড়া নেই, তাই বদলও নেই, আর Current-ও নেই। একটা Magnetic Field যদি স্থির থাকে, তাহলে সেটা electron-কে ঠেলে না। কিন্তু ওই Field-টার value যদি সময়ের সাথে বদলাতে শুরু করলে, তখন electron নড়তে শুরু করে।

কেন?

দেখো, বদলাতে থাকা Magnetic Field তার চারপাশে একটা ঘূর্ণির মতো Electric Field তৈরি করে। এই Electric Field-টা তারের মধ্যে electron-গুলোকে নিয়ে যায়। কিন্তু Magnetic Field যদি না বদলায়, তাহলে ওই Electric Field-এর ঘূর্ণি তৈরি হয় না। তখন electron-কে ঠেলার মতো কিছু থাকে না।

এবার আসল রহস্য। Magnet আর coil একবারও একে অপরকে ছোঁয়নি। তবুও একটা আরেকটাকে প্রভাবিত করলো। মাঝখানে তো শুধু ফাঁকা জায়গা। তাহলে এই প্রভাবটা আসলে নিয়ে গেলো কে? আমরা এটাকে Field বলি। কিন্তু Field আসলে কী? সেটা নিয়ে আজও কেউ একমত হতে পারেননি।

Field কি সত্যি space জুড়ে ছড়িয়ে থাকা কোনো বাস্তব জিনিস — ঠিক যেমন swimming pool জুড়ে জল ছড়িয়ে থাকে? নাকি Field শুধু আমাদের Equation-এর একটা ধারণা, বাস্তবে আসলে কিছুই সেরকম নেই? Physicist-রা Field-এর প্রভাব নিখুঁতভাবে হিসেব করতে পারেন। কিন্তু Field আসলে কী, তার উত্তর আজও আমরা জানি না।

কিন্তু এমন কেন হয়?

ব্যাপারটা হলো, এই Electricity আসছে power station থেকে। আর power station-এ Electricity-টা তৈরি হচ্ছে একটা magnet-কে ঘুরিয়ে। Magnet ঘোরার ফলে coil-এর মধ্যে দিয়ে যাওয়া Magnetic Field lines গুলো ক্রমাগত দিক বদলাতে থাকে। আর বদলাতে থাকা Magnetic Field, Current-কে ধাক্কা দেয়। এই ধাক্কার ফলে, Current একবার এক দিকে, তারপর আরেক দিকে যায়। Many alternating.

কিন্তু এই subject-এ অনেক গভীর রহস্য লুকিয়ে আছে। Space-এর এমন কিছু neutron star আছে, যেগুলো প্রত্যেক second-এ বনবন করে অনেকবার করে ঘুরছে। প্রত্যেকটা neutron star যেন একটা বিশাল Alternating Current generator। Lighthouse যেমন আলো ঘুরিয়ে ঘুরিয়ে ছড়ায়, তেমনি neutron star-গুলো radio Waves ছড়ায় চারিদিকে।

কিন্তু neutron stars-এর beam-গুলো এত বেশি উজ্জ্বল হয় যে এই explanation থেকে ওদের বোঝা সম্ভব নয়। ঘুরতে থাকা একটা neutron star কিভাবে কাজ করে, সেটা আজও কেউ ঠিক করে বুঝিয়ে বলতে পারেনি।

ধরো, সমুদ্রের ঢেউ। ওটা চলার জন্য জল লাগে। Sound Wave-এর জন্য হাওয়া লাগে। প্রায় সব Waves-এরই চলার জন্য কিছু একটা মাধ্যম লাগে।

কিন্তু আলোর কিছুই লাগে না। কেন?

বদলাতে থাকা Magnetic Field একটা ঘূর্ণির মতো Electric Field তৈরি করে। ঠিক তেমনি, একটা বদলাতে থাকা Electric Field আবার একটা Magnetic Field তৈরি করে। এভাবে একটা বদলাতে থাকা Electric Field আর একটা বদলাতে থাকা Magnetic Field একে অপরকে তৈরি করতে করতে সামনের দিকে এগিয়ে চলে। Electric Field বদলায়, তাই Magnetic Field তৈরি হয়। সেই Magnetic Field আবার পরের Electric Field তৈরি করে। তারপর আবার সেটা পরের Magnetic Field। এই ভাবেই electromagnetic energy এগিয়ে চলে। এটাকেই আমরা আলো (বা light বা photon) বলি। বহন করে নিয়ে যাওয়ার জন্য কিছু লাগে না।

দেখো Electricity আর Magnetism একই শক্তির দুটো দিক। একটাকে বদলালে আরেকটাও সঙ্গে সঙ্গে বদলায় --- ঠিক যেমন দুটো gear একসঙ্গে লাগানো থাকলে, একটা ঘুরলে অন্যটাও ঘোরে। আলো আসলে এই দুটো gear (electricity আর magnetism)-এর একসঙ্গে ছুটে চলার গল্প।

কিন্তু সবচেয়ে অবাক করা ব্যাপার হলো সূর্য আমাদের দিকে ছুটে আসুক, বা আমাদের থেকে দূরে সরে যাক, আলোর speed কিন্তু একটুও বদলায় না। একটুও বেশি হয় না, একটুও কম হয় না। তুমি যত জোরেই আলোর পিছনে (বা সামনে) ছোটো না কেন, আলো সবসময় তোমার আগে (বা পিছনে) থাকবে same speed-এ।

আলোর speed constant কেন? Relative speed আলোর জন্য কাজ করে না কেন?

এটা আজও একটা রহস্য। কেউ জানে না।

কিন্তু submarine-এর periscope ঠিক সেটাই করে দেখায়। সমুদ্রের অনেক নিচে থেকে একজন নাবিক ওপরের জিনিস দেখতে পান। ডানদিক, বাঁদিক, এই-side ওই-side সব দেখতে পান। কিন্তু এটা কী করে সম্ভব?

ব্যাপারটা হলো, আলো যখন একটা plane mirror-এ পড়ে, তখন যে angle-এ এসে আছড়ে পড়ে, ঠিক সেই angle-েই reflect করে উল্টো দিকে। Periscope-এ দুটো mirror থাকে, একটা ওপরে, আরেকটা নিচে। ওপর থেকে আসা আলো আগে ওপরের mirror-এ আছড়ে লাগে, তারপর নিচের mirror-এ। তারপর সেটা এসে পৌঁছোয় নাবিকের চোখে। তাই সমুদ্রের অনেক নিচে থেকে একজন নাবিক ওপরের জিনিস দেখতে পান।

কিন্তু আলো exactly same angle-এ reflect করে কেন? অন্য কোনো angle-এ কেন নয়?

কারণ হলো, যে যে alternate পথগুলো সম্ভব, আলো তার মধ্যে সেই পথটা বেছে নেয় যেটা সবচেয়ে কম time নেয়।

কিন্তু এত তাড়াহুড়ো কিসের? সবসময় সবচেয়ে তাড়াতাড়ি পথটা বেছে নেওয়ার দরকারটা কী? আলোকে এত তাড়া দিচ্ছে কে? এটা আমরা আজও জানি না।

না, যেতো না।

Problem-টা হচ্ছে, Black Hole-টা এতো দূরে যে সেখান থেকে আসা waves-গুলো খুব ক্ষীণ এবং দুর্বল। এতটাই দুর্বল যে একটা telescope-এ ধরা পড়ে না। কিন্তু অনেকগুলো telescope-এর signal যদি একসাথে এক তালে এসে মেশে, তাহলে সেগুলো জুড়ে গিয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী হয়ে উঠতে পারে। তখন Black Hole-টা চোখে ধরা পড়ে।

২০১৯ সালে বিজ্ঞানীরা পৃথিবীর এক প্রান্ত থেকে আরেক প্রান্ত পর্যন্ত ছড়িয়ে থাকা telescope-গুলোকে অবিশ্বাস্য নিখুঁতভাবে একসঙ্গে মিলিয়েছিলেন — যেন পুরো পৃথিবী জুড়ে একটা বিশাল telescope।

Waves মানেই অনেক অনেক photon। তারা একসঙ্গে জুড়ে গিয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী হয়ে গেলো — সেটা না হয় বুঝলাম। কিন্তু ধরো, just একটা মাত্র photon আসছে। তার সঙ্গে আর কোনো photon নেই। সেটা কি নিজের সাথে জুড়ে অনেক বেশি শক্তিশালী হয়ে উঠতে পারে? আমার প্রশ্ন শুনে তোমার মনে হতে পারে, আমার মাথাটা গেছে।

কিন্তু এটা হয়!

একটা photon নিজেই নিজের সঙ্গে জুড়ে গিয়ে আরও বেশি শক্তিশালী হয়ে ওঠে। ভীষণ ভুতুড়ে ব্যাপার। আমরা এটা experiment করে রোজ দেখতে পাই। কিন্তু এটা কেন হয়, সেটা আজও আমরা জানি না।

কিন্তু আলোর তো কোনো mass নেই! তাহলে সেটা আবার কোনো কিছুকে ঠেলা দেয় কীভাবে?

ব্যাপারটা হলো, আলোর energy আছে। আর যার Energy আছে, তার momentum-ও আছে। আলো যখন spacecraft-এর পালটার mirror-এ আছড়ে পড়ে, তখন সেই momentum-টা সে পালটাকে দিয়ে দেয়। প্রত্যেক second-এ spacecraft-এর পালটা এমন কোটি কোটি ঠেলা খায় আলোর থেকে। সেই ঠেলার জোরে spacecraft-টা আস্তে আস্তে speed নেয়। কোনো fuel-এর দরকার হয় না।

কিন্তু আসল রহস্য তো সবে শুরু। আলো চলার সময় Wave-এর মতো আচরণ করে, কিন্তু ঠেলা দেওয়ার সময় particle হয়ে যায় — যাকে আমরা photon বলি। ছিলো wave, হয়ে গেলো particle। কোনো ভুতুড়ে গল্পের থেকে কম নয়। পৃথিবীর কারোর কাছেই এটা স্বাভাবিক ঠেকে না। আর এই অস্বাভাবিক ভুতুড়ে গল্পটাকেই আমরা এখন হাল ছেড়ে দিয়ে স্বাভাবিক মেনে নিয়েছি।

কিন্তু রহস্য এখনও শেষ হয়নি। এবার আরও অবাক করা একটা ব্যাপার শোনো। আমরা যেটা এতক্ষণ আলোচনা করলাম, সেটা শুধু আলোর জন্য প্রযোজ্য নয়। তোমার মনে হয় electron একটা ছোট particle? Electron-ও Wave-এর মতো আচরণ করতে পারে। Electron ছড়িয়ে পড়তে পারে, নিজের সঙ্গে নিজে মিশে যেতে পারে, এমনকি নিজে নিজেকে cancel করে দিতে পারে! ভাবা যায়? প্রকৃতি এরকম illogical? কিন্তু সেটাই আমরা laboratory-তে দেখতে পাই — চুপচাপ মেনে নেওয়া ছাড়া কোনো উপায় নেই।

প্রকৃতি এমন কেন? Wave particle-এর মতো behave করে কেন? আবার Particle wave-এর মতো behave করে কেন? এসব আজও কেউ জানে না।

ধরো, একটা পাত্রে gaseous Atoms আছে। তার মধ্যে দিয়ে ধরো আমি সাধারণ আলো (white light) পাঠালাম। তারপর সেই আলোকে একটা prism দিয়ে pass করালাম। Prism মানেই রামধনু আমরা জানি - মানে আলোটা অনেক রঙে ভেঙে যাবে।

কিন্তু এটা কোনো normal রামধনু নয়। পাত্রের gaseous Atoms দিয়ে প্রথমে pass করানোর ফলে, কিছু specific নির্দিষ্ট রং এই রামধনুটার থেকে হারিয়ে যাবে। সেই specific নির্দিষ্ট রংগুলোর জায়গায় শুধু কয়েকটা সরু সরু কালো দাগ পড়ে থাকবে। ঠিক কোন কোন রং হারিয়ে গিয়ে সরু সরু কালো দাগ হয়ে যাবে, সেটা ওই প্রথম পাত্রের atom-গুলো ঠিক করে দেয়।

কিন্তু এটা কেন হয়?

দেখো, একটা atom-এর মধ্যে electron-গুলো কিছু নির্দিষ্ট fixed energy "step"-এ বসতে পারে। মাঝখানে কোথাও allowed না। যখন কোনো gas-এর মধ্যে দিয়ে আলো যায়, তখন gas-এর atom-গুলো কিছু রং-কে "খেয়ে ফেলে"। সেই রং-গুলো কারা? সেই রং-গুলো তারা, যারা electron-কে higher energy state-এ পাঠাতে সাহায্য করে। তবে রং-টার energy-টা exact হতে হবে - ঠিক যতটুকু রং-টার চাই। বেশি বা কম হলে চলবে না। বেশি বা কম হলে, রংগুলো সোজাসুজি বেরিয়ে যায় - gas-এর atom-গুলো ওদের ঘাঁটায় না।

এই জন্যই কিছু নির্দিষ্ট রং (সব নয়), prism-এর output থেকে missing হয়ে যায়। এরা prism-এর input-এ ছিলোই না - তাহলে output-এ থাকবে কোথা থেকে? এই রং-গুলোর জায়গায় আমরা কালো কালো দাগ দেখি (কালো কারণ আলোটা missing)।

এবার এই বুদ্ধিটা একটা দূরের তারার ওপর খাটাও। তারার আলোও আমাদের কাছে আসার আগে তারার gas দিয়ে pass করেছে। পৃথিবীতে আমরা তারার আলোটা একটা "prism" দিয়ে pass করালাম। সেটা রামধনুতে ভেঙে গেলো। সেই রামধনুতে কালো কালো দাগ দেখলাম। সেই দাগ-গুলোর position দেখে আমরা বুঝতে পারি, কোন কোন Atom তারার gas-এর ভিতরে আছে। ব্যাস! তারার কাছে যাওয়ার কোনো দরকার নেই — শুধু আলোটা মন দিয়ে দেখলেই হবে।

এটাই কি পুরো গল্প? না। এবার আরও বড় প্রশ্ন। Electron-গুলো শুধু ওই নির্দিষ্ট Energy-তে দাঁড়াতে পারে কেন? বেশি কম হলে problem-টা কোথায়? এমন উদ্ভট নিয়ম কেন এবং কে বানালো? এটা আমরা আজও জানি না।

কিন্তু হঠাৎ carbon কেন?

দেখো carbon দু রকমের হয়। একটা সাধারণ carbon। আরেকটা তার radioactive বোন।

মানুষ বেঁচে থাকাকালীন শরীরে নতুন নতুন carbon ঢুকতে থাকে (যেমন ভাত খাবার সময়)। কিন্তু মারা যাওয়ার পর সেটা বন্ধ হয়ে যায়। তারপর থেকে হাড়ের ভেতর radioactive carbon-এর পরিমাণ nuclear decay-র জন্য আস্তে আস্তে কমতে থাকে।

এই কমাটা ঘটে খুব নির্দিষ্ট rate-এ। তাই আজ কতটা radioactive carbon শরীরে বাকি আছে (percentage হিসেবে) সেটা মেপে, হিসেব করলেই বোঝা যায়, pharaoh কবে মারা গিয়েছিলেন।

কিন্তু গল্পটা এখানেই শেষ নয়। তোমার জিজ্ঞেস করা উচিত - এই "radioactive carbon dating"-এর ঘড়িটা reliable কি? হাজার হাজার বছর ধরে pyramid-এর ভেতরে এত গরম, এত ঠান্ডা, এত জল, এত রকম পরিবেশের মধ্যে থেকেও এটা কি ঠিকঠাক চলে? এটাকে কি বিশ্বাস করা যায়?

হ্যাঁ যায়।

Radioactive Decay-র ওপর বাইরের প্রায় কিছুরই প্রভাব পড়ে না। গরমের কোনো প্রভাব নেই। জলের কোনো প্রভাব নেই। অন্ধকারের কোনো প্রভাব নেই। প্রত্যেকটা radioactive nucleus নিজের নির্দিষ্ট গতিতে ভাঙতে থাকে। বাইরে কী হচ্ছে, তাতে তার কিছু যায় আসে না।

কিন্তু আসল রহস্য এখানেই শুরু। ধরো, দুটো একেবারে একই রকম radioactive atom পাশাপাশি আছে। দুটোর চারপাশের পরিবেশও একদম same। একটা হয়তো এখুনি Decay করলো। আরেকটা অনেক বছর পরে decay করবে। কোনটা আগে করবে, বলার কোনো উপায় নেই। একদম random। এই randomness-টা একটা বিরাট রহস্য। এত বছর ধরে research করার পরেও এর কোনো উত্তর পাওয়া যায়নি। এই randomness-টা কেন হয়, সেটা আমরা আজও জানি না। Mathematically model করতে পারি - কিন্তু ব্যাস ওই পর্যন্ত।

কিন্তু বালি কেন?

বালির মধ্যে থাকা Silicon-এর স্বভাব একটু আজব। কখনো সেটা conductor-এর মতো Current যেতে দেয়, আবার কখনো plastic-এর মতো Current-কে আটকে দেয়। কখনো conductor, কখনো insulator। তাই একে বলে "Semi"-conductor।

তবে এই behavior-টা random নয়। Silicon-এর মধ্যে খুব সামান্য পরিমাণ অন্য Atom (যাকে আমরা বলি impurity) মিশিয়ে দিলে তার এই স্বভাবটাকে ইচ্ছেমতো control করা যায় — চাইলে Current যেতে দেবো, চাইলে আটকে দেবো। একটা ছোট on-off switch-এর মতো।

আর on-off করতে পারা মানেই অঙ্ক করতে পারা — কেন? কারণ "On" হলো "1", আর "Off" হলো "0" - ব্যাস, binary arithmetic-এর জন্য আমরা তৈরি!

এরকম একটা নয়, দুটো নয় — কোটি কোটি ছোট ছোট switch একটা chip-এর মধ্যে একসঙ্গে কাজ করে। তখন তৈরি হয় "Computing Chip", বা "Semiconductor Chip"। সমস্ত AI technology এই chip-গুলোর ওপর critically dependent।

কিন্তু এখানে আরেকটা প্রশ্ন। Computing আসলে কী? এটা কি শুধু pattern recognition? নাকি এর সঙ্গে চিন্তা করা (thinking), আর বুদ্ধি (intelligence)-এর কোনো যোগ আছে? মানে বালি থেকে বুদ্ধি তৈরি করা সম্ভব কি? এটা আমরা আজও ঠিক বুঝি না। অনেকে ভাবেন হ্যাঁ সম্ভব। দেখা যাক!

এই chapter-এ আমরা দেখবো computer-কে ছোট ছোট "হ্যাঁ-না" decision নিতে কী করে শেখানো যায়। Using Boolean Algebra, NOT Gate, AND Gate, OR Gate, etc.

এই decision-গুলো মিলে spacecraft-কে বলে দেয়, এখন কী করতে হবে, কোন দিকে ঘুরতে হবে, কখন কোন কাজটা করতে হবে।

আর এভাবেই "Voyager-I" কোটি কোটি কিলোমিটার দূরে, space-এর মধ্যে নিজের কাজ নিজে নিজে করছে।

কিন্তু এবার আসল প্রশ্ন। Machine যদি নিজে নিজে decision নিতে পারে, তাহলে একদিন কি সেটা মানুষের মতো conscious হয়ে যাবে? এটা আমরা এখনও জানি না।