ডি ব্রগলীর কণা-তরঙ্গ দ্বৈততাঃ কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ইতিহাসে এক বিরাট লাফ

লুই ডি ব্রগলী ভৌতবিজ্ঞানের জগতে যে নতুন দৃষ্টিভঙ্গী প্রদান করে গেছেন, তা যদি আমাদের বর্তমান সামাজিক যোগাযোগ মাধ্যমগুলিতে প্রকাশ করা হতো, তবে শিরোনামটা বোধহয় এমনই হতো। পুরো পদার্থবিজ্ঞানের ইতিহাসে প্রচলিত, প্রতিষ্ঠিত, বারংবার পরীক্ষিত ও প্রমাণিত তত্ত্বের বিরুদ্ধে গিয়ে নতুন তত্ত্ব প্রদানের ঘটনা খুব কমবারই ঘটেছে।

আর যখনই তা ঘটেছে, তা হয়েছে যুগান্তকারী। কিন্তু, ডি ব্রগলী ছিলেন আরো একধাপ এগিয়ে। তিনি যুগান্তকারী তত্ত্বের বিরুদ্ধে গিয়ে আরেক যুগান্তকারী তত্ত্ব প্রদান করেছিলেন। কণা-তরঙ্গ দ্বৈততার রূপকার লুই ডি ব্রগলী কী করেছিলেন তা জেনে নেয়া যাক।

পরমাণুর বস্ত্রহরণের যে বিপ্লব উনবিংশ শতাব্দীর শেষ দশকে শুরু হয়েছিল, তাতে ১৯৯৮ সালে জে জে থমসন তার পরমাণুর মডেল প্রস্তাব করেন এবং বলেন, পরমাণুতে একটি ধনাত্বক চার্জিত পাত্রের মাঝে ঋণাত্বক চার্জিত ইলেকট্রন বিক্ষিপ্তভাবে থাকে। কিন্তু এই সিদ্ধান্তের বিপরীতে গিয়ে জাপানি পদার্থবিদ হ্যানতারো নাগাওকা সর্বপ্রথম “কক্ষীয়” পরমাণুর ধারণা দেন। ইলেকট্রনগুলো পরমাণুতে বিক্ষিপ্তভাবে ছড়িয়ে ছিটিয়ে না থেকে নির্দিষ্ট কক্ষপথে প্রদিক্ষণ করে, এই কথা তিনিই সর্বপ্রথম বলেন।

তবে তার তত্ত্বে নিউক্লিয়াসের ধারণা অনুপস্থিত থাকায় তা বিপ্লব সৃষ্টি করতে পারেনি। কিছুদিনের মাঝেই নাগাওকার অনুরূপ তত্ত্ব প্রদান করে এবং নিউক্লিয়াসের ধারণা দিয়ে বিপ্লব সৃষ্টি করেন বিজ্ঞানী রাদারফোর্ড। [1]

রাদারফোর্ডের মডেল অনেক ঘটনার সফল ব্যাখ্যা দিলেও চিরায়ত বলবিদ্যার উপর প্রতিষ্ঠিত রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেল কিছুদিনের মাঝেই বাতিল হয়ে যায়। কারণ চিরায়ত বলবিদ্যারই অন্যতম অনুষঙ্গ “ম্যাক্সওয়েলের তাড়িতচৌম্বকীয় তত্ত্ব” রাদারফোর্ডের মডেলে প্রয়োগ করলে, রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলে পরমাণুর স্থায়ীত্বের কোনো ব্যাখ্যা পাওয়া যায় না।

এরপর ১৯১৩ সালে গুরু রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলকে বাঁচানোর জন্য নীলস বোর পরমাণুর অভ্যন্তরে ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের কোয়ান্টাম তত্ত্ব প্রয়োগ করেন। এতদিনের প্রতিষ্ঠিত তাড়িতচৌম্বকের নিয়মগুলিকেও তিনি হেসে উড়িয়ে দেন। বলে দেন, ওসব নিয়ম পরমাণুর অভ্যন্তরে খাটবেনা। চারিদিকে ধন্য ধন্য রব উঠে যায়।

চিত্রঃ শনি গ্রহকে ধনাত্বক আধান ও শনির বলয়কে ইলেকট্রনের কক্ষপথ ধারণা করে সর্বপ্রথম কক্ষীয় পরমাণুর ধারণা দেন বিজ্ঞানী হ্যানতারো নাগাওকা।

কিন্তু, এই ধন্য ধন্য রব বেশিদিন স্থায়ী হয়নি। বর্ণালীর মিহিগড়ন(Fine structure), জিম্যান ক্রিয়া, স্টার্ক ক্রিয়া ইত্যাদি ব্যাখ্যায় অপারগ হওয়ার পর বোর পরমাণু মডেলকে বিদায় নেবার জন্য তৈরি হতে হয়। তারপরেও ১৯১৬ সালে ইলেকট্রনকে কণা ধরে কক্ষীয় পরমাণুতে শেষবারের মত হাত দিতে মঞ্চে আসেন বিজ্ঞানী আর্নল্ড সমারফিল্ড।

সমারফিল্ড নতুন দুইটা কোয়ান্টাম সংখ্যা যোগ করলেও তার পক্ষে কক্ষীয় পরমাণুর ধারণা বাঁচিয়ে রাখা সম্ভব হয়নি।[2] কক্ষীয় পরমাণুর সব আয়োজন ভন্ডুল করে দিয়েছিলেন বিজ্ঞানী লুই ডি ব্রগলী।

লুই ডি ব্রগলী আসলে যে কাজ করেছিলেন তা এতটাই প্রথাবিরোধী ও সাধারণ চিন্তাবিরোধী ছিল যে, তার গবেষণাপত্র অনুমোদনের জন্য যে ৩ জন অধ্যাপক দায়িত্বে ছিলেন, তারা সেই গবেষণাপত্রের কিছুই বুঝতে পারেন নি।

তার গবেষণাপত্রটি বিজ্ঞানী আইনস্টাইনের নিকট পাঠানো হলে আইনস্টাইন তা স্বীকৃত দেন এবং আইনস্টাইনের স্বীকৃতি লাভের পর লুই ডি ব্রগলী পিএইচডি ডিগ্রি লাভ করেন।[3] লুই ডি ব্রগলীর কাজটি বুঝতে হলে ফিরে যেতে হবে কয়েক শতাব্দী পূর্বে, ‘আলো কি কণা? নাকি তরঙ্গ?’ বিষয়ক ঐতিহাসিক বিতর্কে।

আইজ্যাক নিউটন বললেন আলো হলো কণা, তার সমসাময়িক ক্রিশ্চিয়ান হাইগেন তা মানলেন না, বললেন আলো তরঙ্গ। টমাস ইয়াং তো তার বিখ্যাত দ্বিচিড় পরীক্ষার মাধ্যমে আলোর ব্যতিচার ঘটিয়ে সুস্পষ্ট দেখিয়ে দিলেন যে, আলো তরঙ্গ। বিজ্ঞানী ম্যাক্সওয়েলও কিছু ধারণা সংস্কার করে তরঙ্গ পথের অনুসারী হলেন। আবার আলোক তড়িৎ ক্রিয়া সম্পর্কিত পরীক্ষার মাধ্যমে হার্জ প্রমাণ করলেন আলো হলো কণা।

বিতর্কের যখন এই অবস্থা, তখন সব পথ – সব মত উপেক্ষা করলেন মহামতি আলবার্ট আইনস্টাইন ও ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক। প্ল্যাঙ্ক ফিরিয়ে আনলেন আলোর কণা তত্ত্বকে, তবে সংস্কার করে। বলা যেতে পারে আলোর কণা তত্ত্বকে বাদ দিয়ে প্যাকেট তত্ত্ব চালু করলেন, যা আমরা আলোর কোয়ান্টাম তত্ত্ব বলে জানি। আইনস্টাইন তা মেনে নিয়ে বললেন, আলোর তরঙ্গমুখ অসংখ্য কণা দ্বারা গঠিত বলে কল্পনা করা যায়। অর্থাৎ, আইনস্টাইন নিয়ে আসলেন আলোক তরঙ্গের কণাধর্ম। এই তত্ত্বটিই বিজ্ঞানী মহলে “The particle nature of light wave” নামে পরিচিত। [4]

আলো কণা নাকি তরঙ্গ বিতর্কের এই অবস্থায় মঞ্চে প্রবেশ করলেন ডি ব্রগলী। তিনি ভাবলেন, তরঙ্গের কণাধর্ম যদি থেকে থাকে তবে কি কণারও তরঙ্গধর্ম থাকতে পারে? প্রথমেই তিনি এই ধারণা প্রকাশ করেন নি। পরমাণুর মাঝে ইলেকট্রনকে তিনি কোনো কণা কল্পনা না করে স্থির তরঙ্গরূপে কল্পনা করলেন। ব্রগলী বললেন, পরমাণুতে ইলেকট্রনের আবদ্ধ যাত্রাপথের পরিধির মান হবে, ইলেকট্রনের সাথে জড়িত সেই স্থির তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্যর পূর্ণগুণিতক।

এর ফলে হিসাব করে যা পাওয়া গেল, তা পরীক্ষালব্ধ মানের সাথে একদম মিলে যায়। আবার বোর তার পরমাণু মডেলে যে তথ্যগুলি স্বীকার্য হিসেবে মেনে নিয়েছিলেন, সেটার একটা ব্যাখ্যা পাওয়া যায় ডি ব্রগলীর অনুমান থেকে পাওয়া গেছিল। বড় কথা হল ইলেকট্রনকে তরঙ্গরূপে চলমান ধরলে তাড়িতচৌম্বকের নিয়মগুলি অস্বীকার করা লাগেনা।

রাদারফোর্ড ও বোর যেভাবে বলেছিলেন যে, ওসব নিয়ম খাটবে না, তা ডি ব্রগলীকে বলতে হয়নি। কারণ চার্জিত কণা শক্তি বিকিরণ করে মন্দনপ্রাপ্ত হলেও তরঙ্গের ক্ষেত্রে শক্তি বিকিরণ করে তার বেগ মন্দনপ্রাপ্ত হয় না। তাই স্থির তরঙ্গের এই মডেল তাড়িতচৌম্বকের নিয়মে আক্রোশ থেকেও মুক্ত ছিল।

চিত্রঃ কণা-তরঙ্গ দ্বৈততার রূপকার বিজ্ঞানী “লুইস ভিক্টর পিয়্যেরে রেইমন্ড ৭ম ডিউক ডি ব্রগলী”

ইলেকট্রনে এমন একটি স্থিরতরঙ্গ জড়িয়ে দিয়ে সফলতা লাভের পর ডি ব্রগলী চলে গেলেন যেকোনো বস্তুতে। বললেন, আমাদের সাথে এমনকি সবকিছুর সাথেই নাকি একটা তরঙ্গ আছে। প্রতিটি জড়বস্তুতে জড়িত এই তরঙ্গকে ডি ব্রগলীর তরঙ্গ বা বস্তু তরঙ্গ বা ম্যাটার ওয়েভ বলা হয়। ডি ব্রগলীর এই বক্তব্য শোনার পর থেকে দর্শনবাদী আর প্রমাণবাদীরা চিৎকার করে উঠলেন, প্রমাণ চাই! প্রমাণ চাই! বলে।

ডি ব্রগলী অঙ্ক কষে দেখালেন যে, যেকোনো গতিশীল বস্তুতে এই স্থিরতরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্যর মান অত্যন্ত ক্ষুদ্র। এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যর মান হচ্ছে h/p. যেখানে h হচ্ছে প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক এবং p হচ্ছে গতিশীল বস্তুটির ভরবেগ। এখানে ব্যবহৃত প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক h এর মান অত্যন্ত ক্ষুদ্র। তাই আমাদের দৈনন্দিন জীবনে আমরা যা দেখি, যা নিয়ে চলাফেরা করি তাতে এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যর মান এতই ছোট যে, জাগতিক কোনো যন্ত্রের সাহায্যে তা পরিমাপ করা সম্ভব না। তাহলে কি পরবর্তীতে ডি ব্রগলীর তত্ত্ব প্রমাণিত হয়নি?

অবশ্যই প্রমাণিত হয়েছে। অণু-পরমাণুর ক্ষুদ্র জগতে তাদের তরঙ্গদৈর্ঘ্যর মান তাদের সাপেক্ষে বৃহৎ হওয়ায় তা অনুভূতিগ্রাহ্য হয়। ডি ব্রগলী তার তত্ত্বের একটি প্রমাণ প্রস্তাব করেছিলেন। তরঙ্গের ধর্ম হচ্ছে সরু ছিদ্র বা তীক্ষ্ণ ধারের পাশ দিয়ে যাবার সময় তরঙ্গের অভিমুখ কিছুটা বিচ্যুত হয়ে যায়। তরঙ্গের এই ধর্মের নাম অপবর্তন। এটা শুধু তরঙ্গের ক্ষেত্রেই হয়, কণাদের ক্ষেত্রে এরকম হয় না। ডি ব্রগলী তাই ইলেকট্রনকে সরু কোনো ছিদ্রের মধ্য দিয়ে পাঠিয়ে তার অপবর্তন হয় কি না তা দেখতে চেয়েছিলেন।

যদি অপবর্তন ঘটে তবে ইলেকট্রন তরঙ্গ; না ঘটলে ইলেকট্রন একটি কণা। এর কিছুদিনের মাঝেই বিজ্ঞানী এলেসার বিভিন্ন কেলাসের অতি ক্ষুদ্র ছিদ্রের মধ্য দিয়ে ইলেকট্রন পাঠিয়ে অপবর্তন পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নিলেও তিনি পরীক্ষা করতে পারেন নি। শেষে ১৯২৭ সালে ডেভিসন ও লেস্টার জারমার এবং স্বতন্ত্রভাবে জর্জ পেজেট থমসন এই পরীক্ষা করে দেখলেন ইলেকট্রন সত্যি সত্যিই অপবর্তিত হচ্ছে। অর্থাৎ ইলেকট্রনেরও তরঙ্গধর্ম রয়েছে এবং ডি ব্রগলীর কথাও সঠিক![5]

আইনস্টাইন বলেছিলেন, তরঙ্গ কণার ন্যায় আচরণ করতে পারে। ডি ব্রগলী পরে বললেন, কণাও তরঙ্গের ন্যায় আচরণ করতে পারে। অর্থাৎ কণা-তরঙ্গের দ্বৈতাদ্বৈত রূপ ডি ব্রগলীই প্রথম সার্থকভাবে তুলে ধরেছিলেন। কোয়ান্টাম বলবিদ্যার ভিত্তি মজবুতকরণে তার এই সাহসী পদক্ষেপের তাৎপর্য বিশাল।

চিত্রঃ কণা-তরঙ্গ দ্বৈততার পরীক্ষামূলক প্রমাণ দানকারী বিজ্ঞানী ক্লিনটন ডেভিসন(বামে) ও লেস্টার জারমার(ডানে)

ইতিহাস অনেক রসিক। স্যার জে জে থমসন ইলেকট্রন নামক কণা আবিস্কার করেছিলেন এবং গ্যাসের তড়িৎ পরিবাহীতার উপর উল্লেখযোগ্য কাজের জন্য পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেছিলেন। আবার তারই পুত্র জে পি থমসন ইলেকট্রনকে তরঙ্গ প্রমাণ করে ডেভিসনের সাথে যৌথভাবে ১৯৩৭ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন। ইলেকট্রনকে কণা প্রমাণকারী পিতা নোবেল পুরস্কার পেয়েছিলেন ১৯০৬ সালে,[6] ৩০ বছর পর পুত্র নোবেল পুরস্কার পেলেন ইলেকট্রনের তরঙ্গধর্ম প্রমাণ করে।[7]

চিত্রঃ লুইস ডি ব্রগলীর তত্ত্ব অনুসারে সংশোধিত নীলস বোরের পরমাণুর মডেলের চেহারা, এটি তরঙ্গ বলবিদ্যা পরমাণু মডেল বলেও পরিচিত।

লুই ডি ব্রগলীও বাদ যাননি! ১৯২৭ সালে প্রমাণিত হবার পরপরই ১৯২৯ সালে পদার্থবিজ্ঞানে তিনি নোবেল লাভ করেন।[8] কণা আর তরঙ্গের মাঝের সকল বিভেদ দূর করে কণা-তরঙ্গকে মিলেমিশে একাকার করে দিয়ে গেছেন লুই ডি ব্রগলী। সাথে সাথে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ইতিহাসে ডি ব্রগলী নিজেও একাকার হয়ে গেছেন।

তথ্যসূত্রঃ

[1] 22-23, Atomic model- Nagaoka’s Saturnian Model, Compendium of Quantum Physics, Book 2009. (http://www.link.springer.com)

[2] ৩য় অধ্যায়-উৎকেন্দ্রিক সমারফিল্ড, কণা-কোয়ান্টাম ও তরঙ্গ-লেখকঃ রেজা এলিয়েন, রোদেলা প্রকাশনী

[3] ৪র্থ অধ্যায়-দ্বৈততার রূপকার, কণা-কোয়ান্টাম ও তরঙ্গ-লেখকঃ রেজা এলিয়েন, রোদেলা প্রকাশনী

[4] http://www.reference.com/science/meant-dual-wave-particle-nature-light-52b1a5ca6b8c8e5c

[5] http://www.en.wikipedia./wiki/Davisson-Germer_experiment

[6] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906

[7] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937

[8] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1929

feature image: sciencenews.org

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *