মহাকর্ষীয় তরঙ্গ ও আইনস্টাইনের ভবিষ্যৎবাণী: স্থান-কালের কম্পন পরিমাপের বিজ্ঞান

১. ভূমিকা ও পটভূমি

মহাবিশ্বের নীরবতায় হঠাৎ এক নতুন সুর বেজে উঠেছিল ২০১৫ সালের ১৪ সেপ্টেম্বর। সেদিন মানবজাতি প্রথমবারের মতো অনুভব করেছিল মহাশূন্যের গভীর থেকে ভেসে আসা এক অদৃশ্য স্পন্দন। এই স্পন্দন বা কম্পন সাধারণ কোনো শব্দ তরঙ্গ ছিল না, বরং এটি ছিল স্বয়ং স্থান-কালের (spacetime) তরঙ্গ। এর নাম মহাকর্ষীয় তরঙ্গ (Gravitational Waves)। ঠিক এক শতাব্দী আগে, ১৯১৫ সালে, জার্মান পদার্থবিদ আলবার্ট আইনস্টাইন তার যুগান্তকারী 'সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব' (General Theory of Relativity)-এর মাধ্যমে এই তরঙ্গের অস্তিত্বের কথা ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন। সে সময় প্রযুক্তি এতটা উন্নত ছিল না যে এই অতি সূক্ষ্ম কম্পন মাপা সম্ভব হয়। কিন্তু বিজ্ঞান থেমে থাকেনি। দীর্ঘ একশ বছরের নিরলস গবেষণা, তত্ত্বীয় বিশ্লেষণ এবং প্রকৌশলবিদ্যার চরম উৎকর্ষের ফলস্বরূপ লিজেন্ডারি আবিষ্কারটি বাস্তবায়িত হয়। এই আবিষ্কার কেবল আইনস্টাইনের তত্ত্বের চূড়ান্ত সত্যতাই প্রমাণ করেনি, বরং মহাবিশ্বকে দেখার এক সম্পূর্ণ নতুন চোখ উপহার দিয়েছে বিজ্ঞানীদের।

২. স্থান-কাল ও আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতা তত্ত্ব

নিউটন মহাকর্ষকে দেখেছিলেন একটি আকর্ষণ বল হিসেবে—যা দূরবর্তী দুটি বস্তুকে একে অপরের দিকে টানে। কিন্তু আইনস্টাইন এই ধারণাকে সম্পূর্ণ বদলে দেন। তার মতে মহাকর্ষ কোনো সাধারণ বল নয়, বরং স্থান ও কালের ত্রিডি ও ওয়ান-ডি (ত্রি-মাত্রিক স্থান এবং এক-মাত্রিক কাল) সমন্বয়ে গঠিত এক নমনীয় জালের মতো কাঠামো, যাকে বলা হয় স্থান-কাল (Spacetime)। একটি বড় ভারী বস্তু, যেমন সূর্য বা পৃথিবী, যখন এই জালের ওপর রাখা হয়, তখন এটি জালের মতো স্থান-কালকে বাঁকিয়ে বা কুঁচকে ফেলে। একটি গদির ওপর ভারী লোহার বল রাখলে গদিটি যেমন ডেবে যায়, ঠিক তেমনি। অন্য কোনো ছোট বস্তু যখন সেই বাঁকানো অঞ্চলের পাশ দিয়ে যায়, তখন সে সোজা পথে না গিয়ে ওই বক্রতার টানে ঘুরতে থাকে। এটাই হলো আইনস্টাইনের মহাকর্ষ। এখন প্রশ্ন হলো, এই ভারী বস্তুগুলো যদি নড়েচড়ে বেড়ায়, বা দুটি কৃষ্ণগহ্বর একে অপরকে কেন্দ্র করে ঘুরতে থাকে, তবে স্থান-কালের এই জালের মধ্যে কেমন আলোড়ন তৈরি হবে? ঠিক যেমন পুকুরের শান্ত জলে একটি পাথর ফেললে ঢেউ বা তরঙ্গ ছড়িয়ে পড়ে, তেমনি মহাবিশ্বের প্রবল শক্তিশালী ঘটনাগুলো স্থান-কালের গায়ে ঢেউ বা তরঙ্গের সৃষ্টি করে। এই তরঙ্গই হলো মহাকর্ষীয় তরঙ্গ।

৩. মহাকর্ষীয় তরঙ্গের বৈশিষ্ট্য ও প্রকৃতি

মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আলোর গতিতে মহাশূন্যের বুক চিরে চারদিকে ছড়িয়ে পড়ে। তবে আলো বা অন্যান্য তড়িৎ-চৌম্বকীয় তরঙ্গের সঙ্গে এর একটি মৌলিক পার্থক্য রয়েছে। আলো মহাবিশ্বের বিভিন্ন বস্তুর মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় বিক্ষিপ্ত হয়, শোষিত হয় কিংবা বাধা পায়। কিন্তু মহাকর্ষীয় তরঙ্গ অত্যন্ত দুর্বল প্রকৃতির হওয়ায় তা মহাবিশ্বের যেকোনো পদার্থের মধ্য দিয়ে প্রায় নিখুঁতভাবে কোনো বাধা ছাড়াই পার হয়ে যেতে পারে। এটি স্থান-কালকে একপাশ থেকে সংকুচিত এবং অন্যপাশ থেকে প্রসারিত করতে করতে এগিয়ে চলে। এই সংকোচন ও প্রসারণ এতটাই ক্ষুদ্র যে কল্পনা করাও কঠিন। পৃথিবী থেকে সূর্যের দূরত্ব যদি এই তরঙ্গের কারণে পরিবর্তিত হয়, তবে তা একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসের দূরত্বের চেয়েও কম পরিবর্তিত হবে। এই কারণেই আইনস্টাইন নিজেই সন্দেহ প্রকাশ করেছিলেন যে, এই তরঙ্গ কখনো সরাসরি মাপা সম্ভব হবে কি না। কিন্তু আধুনিক বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি অসম্ভবকে সম্ভব করে তুলেছে।

৪. এই তরঙ্গের উৎস: মহাবিশ্বের চরম শক্তির ঘটনা

সব বস্তু মহাকর্ষীয় তরঙ্গ তৈরি করতে পারে না। আমাদের দৈনন্দিন চলাফেরা কিংবা পৃথিবীর সূর্যকে প্রদক্ষিণ করার ফলে যে তরঙ্গ সৃষ্টি হয় তা এতটাই নগণ্য যে তা পরিমাপের কোনো উপায় নেই। এই তরঙ্গ শনাক্ত করার জন্য মহাবিশ্বের এমন সব ঘটনা প্রয়োজন যেখানে বিশাল পরিমাণ ভর অত্যন্ত দ্রুত গতিতে পরিবর্তিত হয়। নিচে প্রধান উৎসসমূহ উল্লেখ করা হলো:

• দ্বৈত কৃষ্ণগহ্বর ও নিউট্রন তারার সংঘর্ষ: দুটি কৃষ্ণগহ্বর যখন একে অপরকে প্রদক্ষিণ করতে করতে একত্রিত হয়, তখন মহাকর্ষীয় তরঙ্গের প্রবল বিস্ফোরণ ঘটে।
• সুপারনোভা বিস্ফোরণ: বিশাল আকৃতির কোনো নারের আয়ু শেষ হয়ে যখন বিস্ফোরিত হয়, তখন স্থান-কালে চরম আলোড়ন সৃষ্টি হয়।
• বিগ ব্যাং বা মহাবিস্ফোরণ: মহাবিশ্বের সূচনালগ্নে অর্থাৎ বিগ ব্যাং-এর ঠিক অব্যবহিত পরেও আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গ তৈরি হয়েছিল, যার অবশেষ আজও মহাবিশ্বে ছড়িয়ে রয়েছে।

৫. লিগো (LIGO) ডিটেক্টর ও পরিমাপের বিজ্ঞান

মহাকর্ষীয় তরঙ্গের মতো এত ক্ষুদ্র কম্পন পরিমাপ করার জন্য শতাব্দীর অন্যতম জটিল ও নিখুঁত বৈজ্ঞানিক যন্ত্র উদ্ভাবন করা হয়েছে। যার নাম 'লেজার ইন্টারফেরোমিটার গ্রাভিটেশনাল-ওয়েব অবজারভেটরি' বা সংক্ষেপে লিগো (LIGO)। লিগোর গঠন প্রণালী অত্যন্ত চমকপ্রদ। এতে ইংরেজি 'এল' (L) অক্ষরের আকৃতিতে দুটি লম্বা বাহু থাকে, প্রতিটির দৈর্ঘ্য প্রায় চার কিলোমিটার। একটি লেজার রশ্মিকে মাঝখান থেকে সমান ভাগে বিভক্ত করে দুটি ভিন্ন বাহুতে পাঠানো হয়। সেই রশ্মিগুলো আয়নায় প্রতিফলিত হয়ে আবার ফিরে আসে। যখন কোনো মহাকর্ষীয় তরঙ্গ পৃথিবীকে ভেদ করে যায়, তখন একটি বাহু সামান্য সংকুচিত হয় এবং অন্য বাহুটি প্রসারিত হয়। এর ফলে লেজার রশ্মিগুলোর ফিরে আসার সময়ে সামান্য তারতম্য বা ইন্টারফারেন্স প্যাটার্ন তৈরি হয়। এই সামান্য তারতম্য মেলার জন্যই লিগোতে ব্যবহার করা হয় বিশ্বের সবচেয়ে নিখুঁত অপটিক্যাল ও লেজার প্রযুক্তি। ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি (Caltech) এবং ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি (MIT)-এর গবেষকদের যৌথ প্রচেষ্টায় এই যুগান্তকারী যন্ত্রটি তৈরি করা হয়।

৬. ২০১৫ সালের ঐতিহাসিক আবিষ্কার ও নোবেল পুরস্কার

২০১৫ সালের ১৪ সেপ্টেম্বর, লিগোর যমজ ডিটেক্টরগুলো ইতিহাসে প্রথমবারের মতো মহাকর্ষীয় তরঙ্গের সরাসরি উপস্থিতি টের পায়। সংকেতটি এসেছিল প্রায় ১৩০ কোটি আলোকবর্ষ দূর থেকে আসা দুটি কৃষ্ণগহ্বরের একত্রিত হওয়ার ঘটনা থেকে। বিজ্ঞানীরা সেই সংকেতকে শব্দের রূপ দিলে তা একটি মৃদু 'চিরূপ' বা টিকটিক শব্দের মতো শোনাত। এটি ছিল পদার্থবিজ্ঞানের ইতিহাসে এক অভাবনীয় সাফল্য। এই আবিষ্কারের স্বীকৃতিস্বরূপ ২০১৭ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার প্রদান করা হয় রেইনার ওয়াইস, কিপ থর্ন এবং ব্যারি ব্যারিশকে—যারা লিগো প্রকল্পের মূল স্থপতি ছিলেন। এই পুরস্কার কেবল তিন জন বিজ্ঞানীর ব্যক্তিগত অর্জন ছিল না, বরং এটি ছিল হাজার হাজার বিজ্ঞানীর বহু দশকের মেধা ও পরিশ্রমের মেলবন্ধন।

৭. জ্যোতির্বিজ্ঞানে নতুন যুগের সূচনা: বহু-বার্তাবাহী জ্যোতির্বিজ্ঞান

মহাকর্ষীয় তরঙ্গের আবিষ্কারের মধ্য দিয়ে জ্যোতির্বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে এক নতুন অধ্যায়ের সূচনা হয়েছে, যাকে বলা হয় 'বহু-বার্তাবাহী জ্যোতির্বিজ্ঞান' (Multi-messenger Astronomy)। এতদিন বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বকে জানার জন্য শুধুমাত্র আলো, এক্স-রে, রেডিও তরঙ্গ এবং গামা-রশ্মির ওপর নির্ভর করতেন। কিন্তু অনেক ঘটনা রয়েছে—যেমন কৃষ্ণগহ্বরের অভ্যন্তর কিংবা মহাবিশ্বের সূচনালগ্ন—যেখান থেকে কোনো আলো বা বিকিরণ বাইরে আসতে পারে না। মহাকর্ষীয় তরঙ্গ হলো সেই অন্ধকারের বার্তা বাহক। এটি এমন সব তথ্য সরবরাহ করে যা আলো দিয়ে কখনো জানা সম্ভব হতো না। ২০১৭ সালে দুটি নিউট্রন তারার সংঘর্ষের ফলে সৃষ্ট মহাকর্ষীয় তরঙ্গ এবং আলোক তরঙ্গ একই সঙ্গে শনাক্ত করা হয়েছিল, যা বিজ্ঞানীদের জন্য এক পরম পাওয়া ছিল। এর মাধ্যমে মহাশূন্যে সোনা ও প্ল্যাটিনামের মতো ভারী মৌলগুলোর উৎপত্তির রহস্য উন্মোচিত হয়।

৮. ভবিষ্যতের দিগন্ত ও সম্ভাবনা

বিজ্ঞান থেমে থাকে না। বর্তমানের লিগো, ভার্গো (Virgo) এবং কামোকা (Kamooka) ডিটেক্টরগুলোর পাশাপাশি মহাকাশে আরও উন্নতমানের ডিটেক্টর স্থাপনের পরিকল্পনা চলছে, যার নাম 'লিসা' (LISA)। মহাশূন্যে স্থাপিত হলে এই ডিটেক্টরগুলোর বাহুর দৈর্ঘ্য লক্ষ লক্ষ কিলোমিটার হবে, যার ফলে আরও কম ফ্রিকোয়েন্সির এবং আরও দূরবর্তী মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্ত করা সম্ভব হবে। বিজ্ঞানীরা আশা করছেন, ভবিষ্যতে এই তরঙ্গের সাহায্যে আমরা বিগ ব্যাং-এর একদম শুরুর মুহূর্তের ছবি দেখতে পাবো। স্থান-কালের এই সূক্ষ্ম কম্পন পরিমাপের বিজ্ঞান আমাদের শেখায় যে, মানুষের কৌতূহল এবং মেধা কীভাবে মহাবিশ্বের গভীরতম রহস্যগুলোকে ভেদ করতে পারে। আইনস্টাইন হয়তো সেদিন কল্পনাও করতে পারেননি যে তার খাতার একটি সমীকরণ একদিন মানবজাতিকে মহাবিশ্বের অদেখা সুর শুনতে সাহায্য করবে।