কোয়ান্টাম তত্ত্ব

ঘটনা : ১৯০০ খ্রিস্টাব্দ

বিজ্ঞানী : মাক্স প্লাঙ্ক

বোধ করি বিংশ শতাব্দীর সর্বাপেক্ষা উজ্জ্বল ঘটনা হল জার্মান বিজ্ঞানী মাক্স প্লাঙ্কের ‘কোয়ান্টাম তত্ত্ব’ উদ্ভাবন যার দ্বারা প্লাঙ্ক পদার্থবিজ্ঞানের এক নূতন দিগন্তের দরজা খুলে দিয়ে বিকিরণ শক্তির নিয়মটি খুঁজে বার করে এক নিশ্চিত উন্নতির সাক্ষর রাখলেন। সে দিনটি ছিল ১৯০০ খ্রিস্টাব্দের ১৯ অক্টোবর : মাক্স প্লাঙ্ক বার্লিন বিশ্ববিদ্যালয়ে পদার্থবিজ্ঞানের এক সেমিনারে উপস্থাপন করলেন একটি নূতন ফর্মুলা -- কৃষ্ণবস্তু থেকে বিকিরণের এন্ট্রপি ফর্মুলাকে আরও ব্যাপক করে পরিবর্ধিত করে; যেন ঘটে গেলো এক নিঃশব্দ বিপ্লব।

সে সময় পদার্থবিদ্যায় এক বিরাট সমস্যা ছিল কৃষ্ণবস্তু থেকে বেরিয়ে আসা বিকিরণের চরিত্র ব্যাখ্যা করা। সনাতনী তাপগতি বিদ্যা এই সমস্যা সম্পূর্ণ ভাবে সমাধান করতে পারে না। এ বিষয়ে কাজ করেন বিংশ শতাব্দীর শুরুতে বিশিষ্ট পরীক্ষামূলক বিজ্ঞানী হেনরিক রুবেন, আর্নস্ট প্রিংসাইম, অটো লুথান প্রমুখ আরও বিজ্ঞানী; আর উত্সাহী তাত্ত্বিক বিজ্ঞানীদের মধ্যে ছিলেন ডব্লু ভিন, লর্ড র‍্যালে এবং কে এইচ জিনস।

কৃষ্ণবস্তু এমন একটি বস্তু যার উপরে আপতিত সকল তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তড়িৎ-চুম্বকীয় তরঙ্গ শোষণ করে নেয়। একটি গর্তের সরু মুখ বা ওভেনের দরজা কার্যত কৃষ্ণবস্তুর মতন ব্যবহার করে। ১৭৯২ সালে টি ওয়েজউড লক্ষ করেছিলেন যে তাপিত সকল বস্তু একই তাপমাত্রায় রক্তিম হয়ে যায়। পরবর্তীকালে এই অনুমানের সঠিক ব্যাখ্যা দেন কারচফ। ১৮৫৯ সালে তিনি তাপ-গতি তত্ত্বের মাধ্যমে প্রমাণ করেন যে বিকিরণ শক্তি ও শোষণ সহগের অনুপাত কেবল মাত্র কম্পাংক ও তাপমাত্রার অপেক্ষক, বস্তুর চরিত্রের উপর নির্ভরশীল নয়।

১৮৯৩ সালে ডব্লু ভাইন আরেক ধাপ এগিয়ে তাপ-গতি তত্ত্ব ও ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্বকে সংযুক্ত করে দেখাতে সক্ষম হলেন বিকিরণশক্তি দু’টি সংখ্যার গুণফল। সংখ্যা দু’টি হল : কম্পাঙ্কের ত্রিঘাত ও কম্পাঙ্ক-তাপমাত্রার অনুপাতের অপেক্ষক। যদিও ভাইনের নিয়ম থেকে সহজেই স্টিফেন-এর নিয়মে আসা যায় তথাপি এই তত্ত্বে বিকিরণশক্তি অসীম হতে চাইল যা একেবারেই অসম্ভব। কৃষ্ণবস্তুর দেওয়ালে হার্জিয়ান কম্পকদের এক রকম শক্তি -বণ্টন ব্যবস্থা ও এক ধরণের এন্ট্রপি বণ্টন-ব্যবস্থা আছে। সাম্য অবস্থায় এন্ট্রপি সব চেয়ে বেশি হতে হবে এবং তা পরিসংখ্যান পদ্ধতির সাহায্যে গণনা করা যায় বোলৎজমানের মৌলিক সমীকরণটি কাজে লাগিয়ে। সম্ভাব্যতা গণনা করতে গিয়ে প্লাঙ্ক দেখলেন কম্পকের শক্তিকে ছোট অথচ সসীম অংশে – ‘কোয়ান্টা’-য় ভাগ করে ফেলা সুবিধাজনক। এই অনুমানের সাহায্যে প্লাঙ্ক একটি কম্পকের গড় শক্তি পরিমাপ করতে পারলেন। এর থেকেই এলো কৃষ্ণবস্তু বিকিরণ ফর্মুলা।

১৯৩১ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পদার্থবিজ্ঞানী আর ডব্লু উড প্লাঙ্ককে জিজ্ঞাসা করেন যে কোয়ান্টাম তত্ত্বের মতন একটি অবিশ্বাস্য জিনিষ কী ভাবে আবিষ্কার করলেন। প্লাঙ্কের উত্তর হল :

খানিকটা মরিয়া হয়ে এ কাজ করেছি। ছয় বছর ধরে আমি কৃষ্ণবস্তু বিকিরণ তত্ত্ব নিয়ে সংগ্রাম করেছি। আমি জানতাম সমস্যাটি মৌলিক এবং তার উত্তর আমার জানা ছিল। যে কোনও উপায়ে আমাকে তাত্ত্বিক ব্যাখ্যা বের করতে হবে যা তাপগতিতত্ত্বের দু’টি নিয়ম বিঘ্নিত করবে না।

সূত্র : বিংশ শতাব্দীর পদার্থবিদ্যা ও ব্যাক্তিত্ব : ডঃ শঙ্কর সেনগুপ্ত, বেস্টবুকস