|| বিজ্ঞানসাধক মাইকেলসনের প্রয়াণদিবস || স্মরণলেখায় মৃদুল শ্রীমানী
ইথার ও আলো: এক আলোকময় উদ্ঘাটন।
আজ থেকে একশ ত্রিশ বছর আগেও মানুষ বিশ্বাস করত মহাবিশ্বের সর্বত্র ইথার ছড়িয়ে আছে। তারা ভাবত এই ইথারের মাধ্যমেই আলো প্রবাহিত হয়।
কবিতায় একটা বড়ো জায়গা করে নিয়েছিল ইথার, উইলিয়াম ওয়ার্ডসওয়ার্থ (১৭৭০ – ১৮৫০), পার্সি বিশ শেলি ( ১৭৯২ – ১৮২২) এবং জন কীটস ( ১৭৯৫ – ১৮২১) এর কবিতা মন দিয়ে পড়লে ইথারের সন্ধান মিলবে।
গ্রীক পুরাণকথায় সবার প্রথমে আবির্ভূত হয়েছিল ক্যাওস। ক্যাওসের পরে গাইয়া, অর্থাৎ পৃথিবী। পৃথিবীর পর এল টার্টারাস আর এরস। তারপর ক্যাওস থেকে উদ্ভূত হল এরেবুস অর্থাৎ অন্ধকার, আর নিক্স বা নিশি, অর্থাৎ রাত্রি। আর এরেবুস ও নিক্স থেকে উদ্ভব হয়েছে ইথার আর হেমেরা অর্থাৎ দিবা’র বা দিনমানের।
আলো কিভাবে চলে ভাবতে ভাবতে আলোর তরঙ্গ মতবাদ তৈরি হল। কেননা বিজ্ঞানীরা ভেবেছিলেন, শূন্য মাধ্যমে নয়, শূন্য মাধ্যমে ঢেউ উঠবেই বা কেমন করে, তাই ভাবলেন ইথারের মধ্য দিয়ে আলো চলে। এই ইথারকে তাঁরা দৃষ্টির অতীত অসীমে বিস্তীর্ণ এমন একটি পদার্থ ভাবলেন, যা অন্য কোনো স্পর্শযোগ্য বস্তুর সঙ্গে বিক্রিয়া করে না।
সপ্তদশ শতাব্দীতে অ্যাংলো আইরিশ দার্শনিক পদার্থবিদ রবার্ট বয়েল ( ২৫ জানুয়ারি ১৬২৭ – ৩১ ডিসেম্বর ১৬৯১) এই ইথার তত্ত্বকে দাঁড় করিয়েছিলেন। নিজের সময়ের অন্যতম শ্রেষ্ঠ বিজ্ঞানী রবার্ট বয়েল, যাঁকে আমরা আধুনিক রসায়ন বিজ্ঞানের জনক বলি, পরীক্ষা নিরীক্ষা নির্ভর আধুনিক বৈজ্ঞানিক পদ্ধতির পথিকৃৎ বলি, সেই তিনি বললেন, ইথার অত্যন্ত সূক্ষ্ম কণা দিয়ে তৈরি। সে সময় মানুষ খেয়াল করেছিল, দুটি বস্তুর মধ্যে ঠেলাঠেলি করাতে হলে স্পর্শযোগ্য যান্ত্রিক শক্তি লাগে। একটি গাড়িকে হয় ঠেলতে হয়, না হলে টানতে হয়। ঠেলা বা টানা, দুটোই স্পর্শের মধ্য দিয়ে হয়। তখন মনে হল, দুটি চুম্বকের মধ্যে যে আকর্ষণ বা বিকর্ষণ দেখা যায়, তা বিচ্ছিন্ন থেকে, দূরত্ব রেখে কিভাবে ঘটা সম্ভব? কোনো জিনিসকে পৃথিবী আকর্ষণ করলে তা পৃথিবীতে এসে পড়ে। যদি মাঝখানে আদৌ কিছুই না থাকত, তাহলে পৃথিবী তাকে টানে কি করে?
এই সমস্ত প্রশ্ন তুলে রবার্ট বয়েল ভাবলেন একেবারে শূন্য বলে কিছুই নেই। তা এক অত্যন্ত সূক্ষ্ম বস্তুর দ্বারা পূর্ণ, আর তা বাতাসের মধ্যে উত্তর মেরু ও দক্ষিণ মেরুর মধ্যে একটি পথ ধরে স্রোতের মতো চলছে।
ক্রিশ্চিয়ান হাইগেনস (১৪ এপ্রিল ১৬২৯ – ৮ জুলাই ১৬৯৫) ছিলেন গণিতবিদ, পদার্থবিদ ও জ্যোতির্বিজ্ঞানী। তিনি আলোকে তরঙ্গ হিসেবে ব্যাখ্যা করেন, এবং ১৬৭৮ খ্রিস্টাব্দে এ নিয়ে গবেষণা করে আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব গড়ে তোলেন। এটা আরো বিকশিত হয়ে ১৬৯০ খ্রিস্টাব্দে ফরাসি ভাষায় ‘ট্রাইট দে লা লুমিয়ের’ (বা ট্রিটিজ অন লাইট) নামে বই হয়ে বেরোলো। সেখানে হাইগেনস বলেছিলেন, আলো ভীষণ দ্রুত বেগে কিন্তু নির্দিষ্ট নির্ধারিত বেগে ইথারের মধ্য দিয়ে চলে।
আইজ্যাক নিউটন ( ৪ জানুয়ারি ১৬৪৩ – ৩১ মার্চ ১৭২৭) বলেছিলেন আলো কণা দিয়ে তৈরি। তাঁর একটা নোটবই ছিল। তার নাম ছিল ‘অফ কালারস’। নিউটন তাঁর ১৬৭০ থেকে ১৬৭২ খ্রিস্টাব্দের গবেষণার সূত্রে ‘অপটিক্স’ নামে বই গড়ে তুলছিলেন।
নিউটন হাইগেনস-এর আলোকতরঙ্গ মতবাদ মেনে নেন নি। তিনি বলেছিলেন, আলো অত্যন্ত ছোট ছোট অজস্র কণা দিয়ে তৈরি। যদি সত্যই ইথারের মতো কোনো একটা মাধ্যম মহাজগতে বিস্তৃত থাকত, তাহলে বিপুলায়তন গ্রহ এবং ধূমকেতুগুলি তাদের চলার পথে এই ইথার দ্বারা বাধাগ্রস্ত হত, এবং তাদের গতির বিচ্যুতি ঘটত।
গ্রহগুলির প্রকৃতিনির্দিষ্ট গতি যখন বিপর্যস্ত হচ্ছে না, তাহলে এই ইথার জিনিসটার অস্তিত্বের প্রমাণ নেই। তাহলে এই ইথার তত্ত্বটা নাকচ করে দেওয়াই ভাল। তাঁর ‘অপটিক্স’ বেরোলো ১৭০৪ খ্রিস্টাব্দে। কিন্তু সেখানে প্রতিসরণের ঘটনাকে ব্যাখ্যা করতে গিয়ে তিনি একটু সমস্যায় পড়ে গেলেন। তখন তিনি আরেক ধরনের ইথারের কথা ভাবলেন।
১৭২০ খ্রিস্টাব্দে জ্যোতির্বিদ জেমস ব্রাউলে (১৬৯২ – ১৭৬২) তারা থেকে কিভাবে আলো আসছে তা নিয়ে পরীক্ষা নিরীক্ষা করেছিলেন। তাতে দেখা গেল পৃথিবী যেন ইথার সমুদ্রের মধ্য দিয়ে চলছে এমনটা ধরে নেওয়া হলেও এটা ব্যাখ্যা করা শক্ত যে এমন বিপুলায়তন একটা জিনিস এতখানি বেগে চলছে অথচ ইথার স্থির হয়ে আছে। ইথারকে অতীব সূক্ষ্ম ভাবলেও এটা মেনে নেওয়া অসম্ভব।
ব্রিটিশ পণ্ডিত টমাস ইয়ং (১৩ জুন ১৭৭৩ – ১০ মে ১৮২৯) কিন্তু ক্রিশ্চিয়ান হাইগেনস এর আলোকতরঙ্গ মতবাদকে সমর্থন জানালেন। তাঁর ধারণাকে শক্তপোক্ত করলেন ফরাসি পদার্থবিদ অগাস্টিন জাঁ ফ্রেসনেল (১০ মে ১৭৮৮ – ১৪ জুলাই ১৮২৭)। ১৮৫৬ খ্রিস্টাব্দে উইলহেল্ম এডওয়ার্ড ওয়েবার এবং রুডলফ হারমান কোলরাউস বৈদ্যুতিক চার্জের ইলেকট্রোস্ট্যাটিক একক ও ইলেকট্রোম্যাগনেটিক এককের গাণিতিক মান নির্ধারণ করলেন। তাঁরা বললেন, এই দুধরনের চার্জের অনুপাতটিই হল আলোর গতিবেগের মান। পরের বছর গুস্তাভ কির্চহফ (১২ মার্চ ১৮২৪ – ১৭ অক্টোবর ১৮৮৭) দেখালেন বিদ্যুৎবাহী তারের মধ্যে একটি সিগন্যালের গতিবেগ আলোর গতিবেগের সমান। সেইই প্রথম বিজ্ঞানীরা আলোর গতিবেগ এবং তড়িৎচৌম্বক ঘটনাবলীর একটি যোগসূত্র খুঁজতে বসলেন।
জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল (১৩ জুন ১৮৩১ – ৫ নভেম্বর ১৮৭৯) মাইকেল ফ্যারাডের বর্ণনা করা চৌম্বক বলরেখা নিয়ে গবেষণা করছিলেন। ১৮৬১ খ্রিস্টাব্দে ‘অন ফিজিক্যাল লাইনস অফ ফোর্স’ সন্দর্ভে তিনি বললেন, একই অভিন্ন জিনিসের আন্দোলন থেকে আলো তৈরি হয়, আবার তা থেকেই বিদ্যুৎ এবং চৌম্বকীয় ঘটনাবলী ঘটে। কিন্তু ওই যে কোনো একটা কিছুর আন্দোলন, সেই একটা কিছু যে ঠিক কী, তা নিয়ে নিজের অস্বস্তি ম্যাক্সওয়েল লুকোছাপা করেন নি। ১৮৬৪ তে তিনি নতুন বই লিখলেন, ‘এ ডায়নামিক্যাল থিওরি অফ ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ফিল্ড’। সেখানে তিনি আর ইথার নিয়ে বিশেষ কিছু বলতেই চাইলেন না। ম্যাক্সওয়েল তত্ত্বগতভাবে ইথারকে নাকচ করতে পারেন নি। অথচ বেশ বোঝা যাচ্ছিল, ইথার একটা সমস্যা তৈরি করে দিয়েছে। এই পরিপ্রেক্ষিতে মাইকেলসন – মর্লির পরীক্ষা একটা বিরাট পরিবর্তন ঘটিয়ে দিল। ১৮৮৭ খ্রিস্টাব্দের এপ্রিল মাস থেকে জুলাই মাস অবধি আমেরিকান পদার্থবিজ্ঞানী অ্যালবার্ট আব্রাহাম মাইকেলসন ( ১৯ ডিসেম্বর ১৮৫২ – ৯ মে ১৮৩১) এবং আমেরিকান বিজ্ঞানী এডওয়ার্ড উইলিয়ামস মর্লি ( ২৯ জানুয়ারি ১৮৩৮ – ২৪ ফেব্রুয়ারি ১৯২৩) আলোর গতিবেগ পরিমাপ করছিলেন। এই বিজ্ঞানীদ্বয় নিখুঁত থেকে নিখুঁততর ভাবে আলোর গতিবেগ মাপার চেষ্টায় বিভিন্ন দিক থেকে সেই গতিবেগের পরিমাপ করছিলেন। যেহেতু পৃথিবী সূর্যকে ঘিরে একটি কক্ষপথে ঘুরতে থাকে, সেই কারণে বছরের ভিন্ন ভিন্ন সময়ে আলোর গতিবেগ পরিমাপ করে তাঁরা লক্ষ্য করছিলেন যে, সময়ান্তরে ও পৃথিবীর অবস্থান পরিবর্তন সাপেক্ষে আলোর গতিবেগের কোনো পরিবর্তন হয় কি না। মাইকেলসন ও মর্লি, বিজ্ঞানীদ্বয়, প্রতি ক্ষেত্রেই লক্ষ্য করলেন যে, কোন্ দিক দিয়ে পরিমাপ করা হচ্ছে, তার উপর আদৌ আলোর গতিবেগ নির্ভর করে না। এছাড়া কক্ষপথে পৃথিবীর অবস্থানের ভিন্নতার পরিপ্রেক্ষিতেও আলোর গতিবেগের পরিবর্তন ঘটে না।
মাইকেলসন ও মর্লি, দুজনের কেউই বুঝতে পারেন নি যে, তাঁদের এই যত্নসাধ্য পরীক্ষা নিরীক্ষা এবং প্রতিবারেই আলোর গতিবেগের অভিন্ন মান ইঙ্গিত করে যে, ইথার বলে কিছু নেই।
মাইকেলসন-মর্লি পরীক্ষায় দেখা গেল, আলোর গতিবেগ তার গতির অভিমুখে মাপলে যে মান পাওয়া যায়, আর গতিরেখার সমকোণে মাপলেও সেই একই মান পাওয়া যায়।
মাইকেলসন আলোর গতিবেগ ও অন্যান্য পদার্থবিজ্ঞানগত বিষয়ে গবেষণা করতেন। ১৮৭৭ খ্রিস্টাব্দে পঁচিশ বছর বয়সী তরুণ গবেষক আনাপোলিসের ইউনাইটেড স্টেটস নাভাল আকাদমিতে পড়াতে পড়াতে ঠিক কিভাবে ইথারের অস্তিত্ব প্রমাণ করা যায়, তার একটি উপায় বের করেন। যে সরঞ্জামটির পরিকল্পনা মাইকেলসন করেছিলেন, তাকে পরবর্তীকালে মাইকেলসনস ইন্টারফেরোমিটার বলা হয়।
১৮৮৫ খ্রিস্টাব্দে মাইকেলসনের সঙ্গে বিজ্ঞানী এডওয়ার্ড মর্লির যোগাযোগ তৈরি হয়। তাঁরা সূক্ষ্মাতিসূক্ষ্ম বৈজ্ঞানিক পরীক্ষার জন্য প্রয়োজনীয় টাকা পয়সার যোগাড়যন্ত্র করেন। মাইকেলসন ১৮৮১ খ্রিস্টাব্দে যে পরীক্ষা করেছিলেন, তাকে আরো উন্নত ও ত্রুটিহীন করে তোলা যায় কি না, সে ব্যাপারে বিজ্ঞানীদ্বয় পর্যাপ্ত সময় দিতে থাকলেন। এই সময় মাইকেলসন কেস স্কুল অফ অ্যাপ্লায়েড সায়েন্সে পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক এবং মর্লি ছিলেন ওয়েস্টার্ন রিজার্ভ ইউনিভার্সিটির রসায়নের অধ্যাপক। উন্নত সরঞ্জাম তৈরি করবেন বলে দিন রাত এক করে খাটছিলেন মাইকেলসন। তখন তাঁর তেত্রিশ বছর বয়স। অতো পরিশ্রম মাইকেলসনের সহ্য হয় নি। শরীর ছেড়ে কথা বলেনি। ১৮৮৫ সালের সেপ্টেম্বরে মাইকেলসনের নার্ভাস ব্রেকডাউন হয়। অবশ্য মাসখানেকে তা তিনি কাটিয়ে ওঠেন। জ্যোতির্বিজ্ঞান ও পদার্থবিজ্ঞানের বিকাশের ইতিহাসে মাইকেলসন- মর্লির এই পরীক্ষা একটা মোড় ঘোরানো ঘটনা। ১৮৮৭-র এই যৌথসাধনা আলোর গতিবেগ নিয়েই শুধু বস্তুনিষ্ঠ তথ্য দিল না, ইথারের অস্তিত্বকে নাকচ করে দিতে সহযোগিতা করল।
যদিও ইথার আছে কিনা তার অনুসন্ধান করতেই মাইকেলসন ও মর্লি পরীক্ষা নিরীক্ষায় মেতেছিলেন, তাঁদের অনুসন্ধান লব্ধ তথ্য বিশ্লেষণ করে অন্যান্য বিজ্ঞানীরা সিদ্ধান্তে উপনীত হলেন যে, ইথার জিনিসটা একেবারেই অবাস্তব।
১৯০৫ খ্রিস্টাব্দে অ্যালবার্ট আইনস্টাইন তাঁর নিজের বিশেষ আপেক্ষিকতার সূত্র নিয়ে ধারণা প্রকাশ করেছিলেন যে আলোর গতিবেগ হল একটি ধ্রুবক। মাইকেলসন-মর্লির পরীক্ষা তাকে শক্ত বনিয়াদ দিয়েছে। শূন্য মাধ্যমে আলোর গতিবেগ একটি বাস্তব মহাবৈশ্বিক ধ্রুবক। প্রতি সেকেন্ডে শূন্য মাধ্যমে আলোর গতিবেগ হল ২৯৯,৭৯২,৪৫৮ মিটার বা মোটামুটি ভাবে তিনলক্ষ কিলোমিটার। ১৬৭৬ সালে ওলে রোমার ( ১৬৪৪ – ১৭১০) দেখান যে, আলো একটি সুনির্দিষ্ট বেগে চলে। ১৮৬৫ খ্রিস্টাব্দে জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল বললেন যে, আলো একটি তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গ। আর তার গতিবেগকে তিনি ইংরেজি বর্ণমালার তৃতীয় বর্ণ ছোট হাতের সি দিয়ে চেনালেন। আইনস্টাইন বললেন, যে কোনো জায়গায়, যে কোনো অবস্থায় আলোর গতিবেগ একটি ধ্রুবক এবং আলোর উৎসটির গতির উপর তা নির্ভরশীল নয়।
এই অসাধারণ পরীক্ষাটি করার জন্য অ্যালবার্ট আব্রাহাম মাইকেলসন ১৯০৭ খ্রিস্টাব্দে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পেয়েছিলেন। ওই একই বছরে আরো পেয়েছিলেন কোপলে মেডেল। আর তাঁর বরিষ্ঠ সহযোগী এডওয়ার্ড মর্লি পেয়েছিলেন ডেভি মেডেল। লণ্ডনের রয়্যাল সোসাইটি ১৯০৭ খ্রিস্টাব্দেই মর্লিকে এই সম্মানে ভূষিত করেন।
