মহাবিশ্বের প্রথম আলো

সুপ্রতীক পাল

(ISI, Kolkata)

 

22 Jun 2015

Link: https://bigyan.org.in/first-light

সুপ্রতীক পাল
অধ্যাপক, ইন্ডিয়ান স্ট্যাটিসটিকাল ইনস্টিটিউট

না মশাই, এ আলো সে আলো নয়। সে তো ছিল জ্ঞানের আলো, ইনি বিজ্ঞানের — যার গালভরা নাম ফোটন।

ও। বুঝেছি। তা আলো তো আলোই। সুইচ টিপলাম জ্বলে উঠল, নেবালাম নিবে গেল। ব্যাস। তার আবার প্রথম-শেষের কি আছে মশাই?

আছে আছে — এই আলোর সঙ্গে কুস্তি করে কত বিজ্ঞানীর যে গাত্রে হল ব্যথা, তা জানেন?

বলেন কি! এ তো রীতিমতো আলোবাজি! তা কে বটে আপনি? প্র-ফে-সা-র নিধিরাম পাটকেল বুঝি?

চিনতে পেরেছেন যা-হোক! ভাবলাম বুঝি আজকালকার ছেলেছোকরারা আমায় ভুলেই মেরে দিয়েছে। আচ্ছা, এ আলোর বয়েস কত বলুন দেখি?

বাড়তি না কমতি?

এখানে তো বাড়তির হিসেবই করতে হবে মশাই। সময় যে শুধু সামনের দিকেই পা বাড়িয়ে।

কত আর? একশ? হাজার বছর?

উমম… ঠিকঠাক বলতে হলে ১৩.৮ বিলিয়ন বছর।

দাঁড়ান মশাই, হিসেব কষি। আগে দেখি অঙ্কটা ত্রৈরাশিক না ভগ্নাংশ! মিলিয়ন হলো গিয়ে ১০ লাখ আর বিলিয়ন তার হাজার গুণ। তার মানে দাঁড়ালো গিয়ে ১৩,৮০০,০০০,০০০ বছর!

ভেবেই দেখুন তাহলে। প্রথম নক্ষত্র — যার জন্ম কিনা আরো ৪০০ মিলিয়ন বছর পরে — সেই জন্মটা এই প্রথম আলোর কত পরে! আর আমরা তো সেদিনের শিশু।

তা এই আদি পিতামহ ভীষ্ম-আলো নিশ্চই বয়সের ভারে চলচ্ছক্তিরহিত?

হবে হয়তো। তবে ভদ্রলোক এখন যে গতিতে যাতায়াত করেন, তা হলো সেকেন্ডে তিন লক্ষ কিলোমিটার।

বলেন কি মশাই! এই যে শুনলুম জাপানে একটা ট্রেন বানিয়েছে যা নাকি ঘন্টায় ৬০০ কিলোমিটার বেগে ছুটবে বলে তোলপাড়, আর এই বৃদ্ধ সেকেন্ডে তিন লক্ষ কিলোমিটার!

    হুম!

কিন্তু প্রফেসর পাটকেল, আপনি কি বলতে চান এই প্রাচীন আলোর আগে আর কোনো আলো, থুড়ি ফোটন ছিল না?

ছিল তো। ফোটন ছিল। তবে তা আলো হয়ে ওঠেনি তখনো।

ওঃ। এতে আর অবাক হবার কি আছে? ছিল রুমাল, হয়ে গেল বেড়াল। ছিল ডিম, হয়ে গেল একটা প্যাঁকপ্যাঁকে হাঁস। এ তো হামেশাই হচ্ছে।

ঠিক তাই। সেই ফোটন তখন ছিল আরো অনেক আয়নের সাথে গলাগলি করে একঘরে বন্দী — যাকে বলে প্লাসমা দশা। তখন ছিল সবটাই অন্ধকার — হবেই তো, ফোটনকে যে আয়নগুলো বেঁধে রেখেছিল এক ধরণের নিউক্লীয় শক্তিতে। তবে আয়নের স্বভাব তো আপনি দিব্যি বোঝেন। যেই-না মহাবিশ্ব খানিক বড় আর ঠান্ডা হয়েছে, অমনি আয়নগুলো গুটি গুটি পায়ে কাছাকাছি এসে ঘর বাঁধতে শুরু করেছে — যেমন করে ইলেক্ট্রন আর প্রোটন মিলে হাইড্রোজেন পরমাণু তৈরী করে আর কি। ফোটনও করেছে কি, তাকে আটকে রাখার লোক কমতে শুরু করেছে দেখেই সেই সুযোগে ঘর ছেড়ে পালানোর মতলব এঁটেছে। এমনি করে এক সময় যেই-না তার বাঁধন গেছে টুটে (বিজ্ঞানীরা বলেন, Mean free path বা গড় মুক্তি পথ অনেক বেড়ে গেছে, তা ওদের কথা ছাড়ুন), অমনি সে সংসারের মায়ার বন্ধন কাটিয়ে বেরিয়ে পড়েছে একা বাউল একতারা নিয়ে। তখন থেকে তার নাম হল আলো। এই যে শেষবারের মত আয়নের সাথে তার মুলাকাত হলো একে বলে শেষ বিক্ষেপণ (last scattering) — আর এই প্রথম আলো হয়ে যে আকাশ আমাদের চেতনার রঙে রাঙিয়ে দিল, সে আকাশকে বলা হয় শেষ বিক্ষেপণ তল (last scattering surface)^১! দেখতে এই রকম:

(চিত্রের ঋণস্বীকার: Planck টেলিস্কোপ)

তাই? এই আলোকেই বুঝি আমরা ভোর বেলা পুব আকাশে দেখি?

ধুর মশাই ! এই যে বললাম পুব আকাশের সূর্যও সেদিনের শিশু। এই প্রথম আলো খালি চোখে দেখাই যায় না। এদের তরঙ্গগুলো একটু বড় তো। এক একটা ২ মিলিমিটার লম্বা। ভাবছেন এ আর এমন কি? তবে বলি, খালি চোখে যে আলো দেখেন এরা তার প্রায় দশ হাজার গুণ লম্বা। এদের বলে মাইক্রোওয়েভ।

মাইক্রোওয়েভ? মানে বাড়িতে…

হুম। বাড়িতে যে ওভেনে হামেশাই কলাটা-মুলোটা রান্না করে খান, সেই রান্নার আঁচ যারা তৈরী করে, এরা সেই দলের। এদের দেখতে দরকার হয় টেলিস্কোপ।

আমাদের ইস্কুলের ছাদে যে টেলিস্কোপ লাগানো আছে, সেই রকম?

ওতে তো সাধারণ আলো দেখেন। এই অপটিক্যাল টেলিস্কোপের সামনে এরা লুকিয়ে থাকে গ্রহ-নক্ষত্রের আলোর অন্তরালে — যেমনভাবে ‘রাতের সব তারাই থাকে দিনের আলোর গভীরে’। এদের ধরতে বানাতে হয় বিশেষরকমের টেলিস্কোপ। এরা নিতান্তই আকস্মিকভাবে ধরা দিয়েছিল ১৯৬৫ সালে পেনজিয়াস আর উইলসন নামে দুই বিজ্ঞানীর চোখে, থুড়ি রেডিও টেলিস্কোপ-এ। ওরা তো প্রথমে একে বাজে গল্প বলে প্রায় উড়িয়েই দিয়েছিলেন আর কি! পেপারটাও ছাপিয়েছিলেন সেই ভেবেই, খুব নগণ্য একটা শিরোনাম দিয়ে^২। হঠাত কি মনে হল, এদের নিয়ে একটু নাড়াচাড়া করতে গিয়ে দেখলেন, এরা সবাই মিলে তৈরী করছে একটা ব্ল্যাকবডি বর্ণালী (Blackbody spectrum)! আচ্ছা তা না হয় না-ই বুঝলেন, এর মানেটা তো বুঝবেন? এর থেকে বলা যায় ওই সব প্রাচীন ফোটনগুলো যখন প্রথম আলো হয়ে দেখা দিল, সেই শেষ বিক্ষেপণ তল-এর তাপমাত্রা সবদিকে সমান — কোনো উনিশ-বিশ নেই। যেন ‘আকাশ ছড়ায়ে আছে শান্তি হয়ে আকাশে আকাশে’।

আপনি যে মশাই কবি হলেন দেখছি! তা এই তাপমাত্রাটা কত তার হিসেব কি আপনার বিজ্ঞানীরা কিছু দিলেন?

দিলেন বই কি। তাও তাঁরা মেপে ফেললেন সঠিকভাবে। আসলে প্রায় ৩০০০ কেলভিন (কেলভিন জানেন তো? ঐ সেন্টিগ্রেড-এর থেকে ২৭৩ ডিগ্রী বাড়িয়ে হিসেব করুন না, তাহলেই হবে), কিন্তু মহাবিশ্বের সবচেয়ে দূর থেকে আসে বলে তা কমে দাঁড়ায় ২.৭২৫ কেলভিন, অর্থাৎ মোটামুটি মাইনাস ২৭০ ডিগ্রী সেন্টিগ্রেড। এর নাম দেওয়া হল কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড (Cosmic Microwave Background), আর ডাকনাম CMB — কেন, তা এতক্ষণে কি আর বুঝতে আপনার বাকি আছে? তা যাক গে, মোদ্দা কথা হলো তাপমাত্রা সবদিকে সমান — কোনো উনিশ-বিশ নেই!

ক্যাডাভারাস কান্ড মশাই ! সাম্যবাদের গুরুও চমকে উঠতেন!

তবে আর বলছি কি? এরপর গোলাগুলির মত এসে পড়ল আরো অনেক টেলিস্কোপ — COBE, WMAP, Planck — আরো কত। যেমন ধরুন এই হল এরকম এক আধুনিক টেলিস্কোপ-এর চেহারা:

(চিত্রের ঋণস্বীকার: WMAP টেলিস্কোপ)

ঠিক ধরেছেন মশাই, এ হল স্যাটেলাইট। ঠিক এটা নয়, কিন্তু এরকম কোনো এক স্যাটেলাইট-এর দৌলতেই তো আপনি বাড়িতে বসে দিব্যি টিভিও দেখছেন, আবার আজ বিকেলে ছাতা নিয়ে বেরোবেন কিনা তাও জেনে যাচ্ছেন।

কিন্তু কেন? একটাই তো দিব্যি ছিল। আরও টেলিস্কোপ কি হবে? খামোখা টাকার শ্রাদ্ধ!

আরে রোসো। আপনার দেখছি মুজতবা সাহেবের ভাষায় ‘অল্প শোকে কাতর আর অধিক শোকে পাথর’ দশা! তা এই যে এত রকম টেলিস্কোপ যন্ত্রপাতি কম্পিউটার লটবহর নিয়ে হুলুস্থুলু কান্ড — আর কিছু পাগলের আলোর সঙ্গে কুস্তি করে গাত্রে ব্যথা করা — এর কিছু কারণ আছে তো। নতুন টেলিস্কোপগুলো করল কি, আরো অনেক কিছুর সাথে বাড়াতে লাগল রেজোলিউশান, আপনারা যাকে বলেন পিক্সেল (pixel)। আর পিক্সেল তো মশাই আপনি দিব্যি চেনেন — এই যে সেবার ভাবলেন বন্দাকুশ পাহাড়ে হ্যাংলাথেরিয়ামের ছবিটা তুলে নিয়ে এসে বড়াই করে সকলকে বলবেন “এটা হেঁসোরাম হুসিয়ারের তোলা ছবির চেয়ে ঢের ভালো” — তা আপনার ক্যামেরার বেশি পিক্সেল-এর দৌলতেই তো। তা এই টেলিস্কোপগুলোতে পিক্সেল বাড়িয়ে দেখা গেল তাপমাত্রা সবদিকে সমান বটে, তবে একটুখানি উনিশ-বিশ আছে। সামান্য — অতি সামান্য। কতটা? তারও সঠিক হিসেব পাওয়া যায় বৈ কি — সবচেয়ে বেশি তফাৎ হতে পারে ২০০ মাইক্রো-কেলভিনের মত — মাইক্রো মানে জানেন তো? দশ লক্ষ ভাগের এক ভাগ। সামান্য তো বটেই।

তা মশাই, এতই যদি সামান্য তো তার কথা না ভাবলেই তো হল — ল্যাঠা চুকে গেল।

ঐ সামান্যটুকুই যে সোনার চেয়েও দামী। বিশ্বাস না হয় বলি, ওটুকু না থাকলে যে আপনিই থাকতেন না মশাই! ওই সামান্য তফাতেই যে বিশ্বব্রহ্মাণ্ডের সবকিছুর জন্ম এবং স্থিতি। কে কতটা আছে তারও সঠিক হিসেব করে ফেলা যায় ওই সামান্য তাপমাত্রার তফাত থেকেই^৩। আর মজার ব্যাপারটা এখানেই। এই যে সূর্য-তারা-গ্রহ-নক্ষত্র-ছায়াপথ যা কিছু আমরা দেখছি, মায় আমরা অব্দি, মহাবিশ্বের মাত্র — মাত্রই — চার শতাংশ জুড়ে আছে।

বলেন কি? এই এত কিছু মিলিয়ে মাত্র চার শতাংশ?

তবে আর বলছি কি !

বাকিটা বুঝি খালি? মানে মহাশূন্য?

খালি কিন্তু খালি নয়।

আবার হেঁয়ালি?

না না, বাকিটাকে আমরা সোজাসুজি দেখতে পাই নি এখনো অব্দি — এই যা। তবে তারা আছে, ঘোরতর আছে — তারই প্রভাব পড়ে CMB আর আরো অনেক পরীক্ষানিরীক্ষায়। তার একটা অংশ (প্রায় ২৬ শতাংশ) হলো ডার্ক ম্যাটার — যে না থাকলে ফোটন সংসার ছেড়ে চলে আসার পর থেকে আজ অব্দি বিশ্বটা ঠিক এরকম দেখতে হত না (সোজা কথায় আপনি এই মুহুর্তে এভাবে থাকতেন না) । আর প্রায় ৭০ শতাংশ হলো ডার্ক এনার্জি — যার জন্য আমাদের বিশ্ব শুধু বাড়ছেই না, লাফিয়ে লাফিয়ে বাড়ছে, মানে বৃদ্ধির বেগ ত্বরান্বিত হচ্ছে। তা এই দুই মক্কেলকে নিয়ে পরে একদিন বিশদে বলা যাবে ’খন।

আরো কিছু পাওয়া যায় নাকি?

যায় বৈ কি ! তা ধরুন আলো যখন আছে, এবং আলো মানেই যখন তড়িচ্চুম্বকীয় তরঙ্গ, তখন পিছে পিছে ভাই লক্ষ্মণ — যাকে বলে পোলারাইজেসন (polarization) — সে তো হাজির হবেই। পালাচ্ছেন নাকি? আরে আরে আরে, ঘাবড়াবেন না। সহজ করেই বলি। এটা এমন একটা ধর্ম যা আলোর তড়িৎ (মানে E-mode) আর চৌম্বকীয় (B-mode) ধর্মকে আলাদা করে দেখায়। এই যে আপনারা আজকাল  দামী সানগ্লাস পরেন, ওতেই থাকে। আর আজ সকালেই যে ক্যামেরায় ভোরের গাড় নীল আকাশের ছবি ফিল্টার করে ফেসবুক-এ লাগালেন, এও তো সেই পোলারয়েড -এর কারসাজি। তাহলে তো মশাই এই পোলারাইজেসন থাকা উচিত সেই প্রাচীন আলোর মধ্যেও।

বিলক্ষণ!

আর কি আশ্চর্য ! আমাদের আজকের টেলিস্কোপ তাকে খুঁজেও পেয়েছে — তবে অর্ধেকটা, অর্থাৎ E-mode কে।

আর B-mode?

না মশাই, তিনি এখনো অধরাই। তাঁকে ধরতে বিজ্ঞানীরা তৈরী করছেন আরো উন্নত যন্ত্র। চলছে দুরূহ পরীক্ষানিরীক্ষা। তাঁদের আশা একদিন না একদিন তিনি ধরা দেবেনই।

তা এই অধরা মাধুরীকে পেয়ে কি হবে?

হবে ভারী মজার ব্যাপার। মহাকর্ষেরও যে তরঙ্গধর্ম আছে তা প্রমাণ হবে। আর আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ — যা কিনা এই মহাবিশ্বের যাবতীয় বড় বড় কর্মযজ্ঞের ব্যাখ্যা দেয় — তা আরো গভীরভাবে সত্যি বলে প্রমাণ হবে।

সবই তো বুঝলুম। কিন্তু এসব জেনে আমার কোন উপকারে আসবে মশাই?

ঐখানেই তো বুঝভন্ডুল দাদা। যদি বলি, এই যে আপনার গাড়িতে জি.পি.এস. লাগিয়ে দিব্যি অচেনা রাস্তার ডাইনে-বাঁয়ে চিনে নিচ্ছেন — আচ্ছা না-হয় গাড়ি ছাড়ুন, আপনার স্মার্টফোনেও তো জি.পি.এস. আছে দেখছি — এই জি.পি.এস. যে এত নির্ভুলভাবে আপনাকে খবর দেয়, তার হিসেব কোথা থেকে করা হয় জানেন? যাকে এইমাত্র বইপোকা বলে দূরছাই করছিলেন, সেই আপেক্ষিকতাবাদ থেকে। হিসেবের একটু ভুলচুক হলেই যে পথ ভুল করে এসে পড়বেন আমড়াতলার মোড়ে, তখন?

(উপসংহার : আপনারা ভাবতে থাকুন। আজকের মত প্রফেসর পাটকেল বিদায় নিলেন। তবে আশা রাখা যায় আবার কোনদিন তিনি ধাঁ করে এসে পড়বেন তাঁর মহাবিশ্বের বিস্ময় নিয়ে।)

প্রচ্ছদের কোলাজ: সূর্যকান্ত শাসমল
(ছবির উৎস: ১, ২)

সংশোধন (নভেম্বর ৬, ২০১৫) – লেখকের নির্দেশে লেখাটির কয়েক জায়গায় সামান্য পরিবর্তন করা হয়েছে। 

১: এই ছবিটা ১৩.৮ বিলিয়ন বছর আগের আলোকে আজকের টেলিস্কোপে ধরে তার থেকে তৈরী করা।

২: বিশদে এই ইতিহাস জানতে এখানে শুরুটা পড়ে দেখতে পারেন।

৩: তাপমাত্রার উনিশ বিশ থেকে কিভাবে মহাবিশ্বের গঠন সম্বন্ধে ধারণা করা যায়, সেই নিয়ে বিশদে জানতে এখানে দেখতে পারেন।

লেখাটি অনলাইন পড়তে হলে নিচের কোডটি স্ক্যান করো।

Scan the above code to read the post online.

Link: https://bigyan.org.in/first-light

print