অদৃশ্য পদার্থ যেভাবে দৃশ্যমান হলো

ডার্ক ম্যাটার বা অদৃশ্য পদার্থের আবিষ্কারের ঘটনা পরম্পরাকে, জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে নাটকীয় এক অধ্যায় হিসেবে গণ্য করা হয়। সেই ১৯৩০ সালে ক্যালটেকের প্রথাবিরোধী সুইডিশ জ্যোতির্বিজ্ঞানী ফ্রিটয উইকি (Fritz Zwicky) কোমা ছায়াপথগুচ্ছ (Coma cluster of galaxies) নিয়ে গবেষণা করতে যেয়ে অদ্ভুত এক ব্যাপার লক্ষ্য করেন। তিনি হিসেব করে দেখেন, এই ঝাঁকে অবস্থিত ছায়াপথগুলো (Galaxies) নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব মোতাবেক প্রাপ্ত বেগ থেকে অনেক দ্রুতগতিতে পরিভ্রমণ করছে। নিউটনের গতিসূত্র অনূসারে, এতো দ্রুত বেগে পরিভ্রমণ করা ছায়াপথগুলোর বহুআগেই ঝাঁকমুক্ত হয়ে বিচ্ছিন্ন হয়ে যাবার কথা, কিন্তু তা হয়নি। এমনটি হবার পেছনে দু’টো কারণ থাকতে পারে, তিনি ভাবলেন। এক, কোমা ছায়াপথগুচ্ছ বিলীন হয়ে যাচ্ছেনা কারণ টেলিস্কোপ দিয়ে এর ভেতরে যে পরিমান পদার্থ আমরা দেখতে পাচ্ছি, তার থেকে শতগুণ ভারী পদার্থ সেখানে রয়েছে- যে পদার্থগুলো ছায়াপথগুলোর ছুটে যাওয়াকে বাধা দিচ্ছে। নতুবা, মহাশূন্যে নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব সঠিক কাজ করেনা, এর সীমাবদ্ধতা রয়েছে।

জ্যোতির্বিজ্ঞান গবেষণার ইতিহাসে ফ্রিটয-ই প্রথম বুঝতে পারেন, মহাবিশ্বে পদার্থের বন্টন নিয়ে প্রচলিত যে মতামত রয়েছে তাতে বিশাল এক ঘাপলা বিদ্যমান। এবং জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা সবাই এই বিশাল ভর বিশিষ্ট মিসিং পদার্থের অস্তিত্ব সম্পর্কে অজ্ঞাত। অদৃশ্য পদার্থের উপস্থিতির বিষয়টি ফ্রিটয সবার সামনে তুলে ধরার চেষ্টা করলেও বেশ কয়েকটি কারণে বিজ্ঞানীরা তাকে অবজ্ঞা করেন এবং তার কথা-বার্তাকে আস্তাকুড়ে নিক্ষেপ করেন।

প্রথমতঃ নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্বের মতো একটা তত্ত্ব যেটা প্রায় কয়েক শতাব্দি ধরে মহাবিশ্ব সংক্রান্ত বিভিন্ন সমস্যা সমাধান ও সফল অনুমান করে আসছে সেটা ভুল- এমন কথা গ্রহন করতে মানসিকভাবে প্রস্তুত ছিলেন না তখনকার বিজ্ঞানীরা। আর মহাকর্ষ তত্ত্বকে চ্যালেঞ্জ করার ঘটনা এটাই প্রথম নয়। এর আগে উনবিংশ শতকের শুরুর দিকে ইউরেনাসের কক্ষপথ বিশ্লেষণ করে দেখা গেলো, নিউটনের সমীকরণ থেকে প্রাপ্ত মানের তুলনায় গ্রহটির কক্ষপথের বাস্তবিক অবস্থান ভিন্ন। হয় নিউটনের সূত্র ভুল কিংবা ইউরেনাসের আশে পাশেই অন্য কোনো গ্রহ রয়েছে- যার মহাকর্ষের প্রভাবে কক্ষপথটি সমীকরণের প্রাপ্ত মান থেকে বিচ্যুত হয়েছে। পরেরটাই ঠিক বলে প্রতিয়মান হলো, যখন ১৮৪৬ সালে ইউরেনাসের পাশে নেপচুন গ্রহটির সন্ধান পাওয়া গেলো একেবারে নিউটনের সূত্রমোতাবেক অনুমিত জায়গায় খোঁজার মাধ্যমে। সুতরাং নিউটনকে কেউ ভুল বললেই সেটাকে গ্রহণ না করে আরেকটু অপেক্ষা করাটাকেই শ্রেয় মনে করতেন তখনকার বিজ্ঞানীরা।

দ্বিতীয়তঃ বিজ্ঞানীদের মাঝে ব্যাক্তি ফ্রিটয-কে ‘বহিরাগত’ হিসেবে গণ্য করে তাকে উপেক্ষা করার একটা প্রবনতা ছিলো। ‘বহিরাগত’ এই দুরদর্শী মানুষটি জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানকে আলোকিত করার মতো অসংখ্য কাজ করলেও সারাজীবন অভিজাত বিজ্ঞানীশ্রেণীর কাছে ছিলেন নিগৃহিত। ১৯৩৩ সালে ওয়ালটার বেড (Walter Baade) এর সাথে যৌথ গবেষণা করে তিনি প্রথম ‘সুপারনোভা’ শব্দটি উচ্চারণ করেন এবং ১৪ মাইল দৈর্ঘ্য বিশিষ্ট একটি নিউট্রন তারার (বিধ্বস্ত তারার ধ্বংসাবশেষকে নিউট্রন তারা বলা হয়) অস্তিত্ব সফলভাবে অনুমান করেন। সেইসময়ে আবিষ্কারটি এতোটাই বিজাতীয় উদ্ভট মনে হয়েছিলো যে তার এই উদ্ভাবনকে কৌতুক করে লস এঞ্জেলেস টাইমস এ উনিশে জানুয়ারি, ১৯৩৪ সালে একটি কার্টুন পর্যন্ত প্রকাশিত হয়।

তাকে যথাযথ মর্যাদা না দেওয়া, তার বিভিন্ন ধারণা চুরি করা এবং ১০০ ও ২০০ ইঞ্চি টেলিস্কোপে তাকে যথাযথ পরিমান সময় না দেবার জন্য অভিজাত বিজ্ঞানীশ্রেণীর উপর মারাত্মক খাপ্পা ছিলেন ফ্রিটয। মৃত্যুর কয়েকদিন আগে ১৯৭৪ সালে ফ্রিটয নিজ খরচে ছায়াপথের একটি তালিকা প্রকাশ করেন- যার শিরোমান ছিলো- ‘আমেরিকান জ্যোতির্বিজ্ঞানের নাক উঁচু যাজক ও তাদের চামচাদের উদ্দেশ্যে স্মরণিকা’ (A Reminder to the High Priest of American Astronomy and to their Sycophants)। নিবন্ধে তিনি আমেরিকান নাকউচুঁ এলিট শ্রেণীকে একেবারে ধুঁয়ে ফেলেন। “বর্তমানে চামচা এবং চোররা মুক্তবিহঙ্গের মতো ঘুরে বেড়ায়, বিশেষ করে আমেরিকান জ্যোতির্বিজ্ঞান জগতে। কিন্তু সত্যিকারের আবিষ্কারগুলো হয় অজানা- অচেনা গবেষকদের দ্বারাই”। এই শ্রেণীকে তিনি নিবন্ধে বর্ণনা করেন ‘গোলাকার জারজ’ হিসেবে। কারণ যেদিক থেকেই দেখা হোকনা কেন, এরা জারজ। অবশ্য তাঁর এতো ক্ষেপে যাবার পেছনে আরও কারণ ছিলো। নিউট্রন তারার আবিষ্কার নিয়ে সবাই হাসাহাসি করলেও পরবর্তীতে ফ্রিটযের জীবনদশাতেই অন্য একজনকে নিউট্রন তারা আবিষ্কার করার জন্য নোবেল পুরষ্কারে ভুষিত করা হয়।

১৯৬২ সালে ছায়াপথের গতিবেগ সংক্রান্ত কৌতুহলদ্দীপক সমস্যা দ্বিতীয়বারের মতো উদ্ভাবিত হয় জ্যোতির্বিদ ভেরা রুবিন (Vera Rubin) দ্বারা। তিনি মিল্কিওয়ে ছায়াপথের আবর্তন পরীক্ষা করতে যেয়ে ফ্রিটযের মতো একই সমস্যায় পড়েন। এবং ফ্রিটযের মতো সেটা জানাবার পর তাঁকেও জ্যোতির্বিজ্ঞানীসভা ‘ঠান্ডা কাঁধ’ প্রদর্শন করেন। সাধারণত সূর্য থেকে একটি গ্রহ যতদূরে অবস্থিত তার আবর্তন বেগ ততো ধীর, যতো কাছে অবস্থিত বেগের মান ততো বেশি। এ কারণেই বুধগ্রহের (Mercury) নামকরণ করা হয়েছে ‘গড অফ স্পিড’ এর সাথে মিল রেখে। বুধ সূর্যের সবচেয়ে নিকটবর্তী গ্রহ, এটি সবচেয়ে দূরবর্তী প্লুটো (Pluto) থেকে প্রায় দশগুন বেশি দ্রুত গতিতে আবর্তন করে। যাইহোক, ভেরা রুবিন আমাদের মিল্কিওয়ে ছায়াপথের কিছু নীল নক্ষত্র নিয়ে গবেষণা করতে গিয়ে দেখলেন, এই নক্ষত্রগুলোর প্রতিটিই একই হারে আবর্তন করছে। অর্থাৎ তাদের আবর্তন ছায়াপথের কেন্দ্র সূর্যের দূরত্ব থেকে স্বাধীন। দূরত্ব যাই হোকনা কেন, তাদের বেগের কোনো পরিবর্তন হয়না। সুতরাং এটি সরাসরি নিউটনের গতিসূত্রের লংঘন। আরও গভীরে যেয়ে তিনি উপলব্ধি করলেন, পুরো মিল্কিওয়ে ছায়াপথটাই এতো দ্রুত পরিভ্রমণ করছে যে, নিয়মানুসারে এটার ভেতরে থাকা নক্ষত্রগুলোর বহু আগেই বিচ্ছিন্ন হয়ে যাবার কথা। কিন্তু সেটা হয়নি, প্রায় দশ বিলিয়ন বছর ধরে একসাথে যৌথ পরিবারের মতো টিকে আছে। হিসেব করে দেখলেন, ছায়াপথটা প্রচলিত হিসেবের তুলনায় প্রায় দশগুন ভারী হলেই এমনটা হওয়া সম্ভব। অর্থাৎ মিল্কিওয়ে ছায়াপথের নব্বইভাগ ভরই মিসিং! আমরা মাত্র দশভাগ পদার্থ দেখতে পাচ্ছি!

ভেরা রুবিনও উপেক্ষিত হলেন। তবে এবার প্রধান কারণ ছিলো, তার নারীত্ব। আজ এতোবছর পর সেই সময়টার কথা ভেবে তিনি বলেন, “যখন আমি সোয়ার্থমোর কলেজে বিজ্ঞান পড়ার জন্য আবেদন করলাম তখন ভর্তি পরীক্ষক আমাকে জিজ্ঞেস করেছিলেন আমার কী করতে ভালো লাগে। আমি বলেছিলাম, ছবি আঁকতে। শুনে পরীক্ষক বলেছিলেন, তুমি কখনও এমন একটা পেশার কথা ভেবে দেখেছ যে পেশায় তোমার কাজ হবে মহাবিশ্বের বিভিন্ন বস্তুর ছবি আঁকা?” উচ্চ বিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞানের শিক্ষককে তাঁর ভ্যাসারে ভর্তির সুযোগ পাওয়া সম্পর্কে জানাবার পর তিনি বলেছিলেন, “যতক্ষণ পর্যন্ত তুমি বিজ্ঞান থেকে নিরাপদ দুরত্ব বজায় রাখতে পারবে ততক্ষণ পর্যন্ত ভালোই থাকবে।” ‘চারপাশে এতো অবজ্ঞা, অবহেলা পেয়ে ঝরে না পড়তে অকল্পনীয় পরিমাণ আত্মমর্যাদাবোধ প্রয়োজন’, দীর্ঘশ্বাস ছেড়ে স্মরণ করেন তিনি।

স্নাতক শেষ করার পর ভেরা রুবিন হার্ভাডে আবেদন করেন এবং সেখানে গবেষণা করার সুযোগ পান। কিন্তু ঠিক সেই সময়টাতেই এক রসায়নবিদের সাথে বিবাহ হয়ে যাওয়াই তিনি স্বামীর সাথে চলে যান কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ে। হার্ভাডে যোগদান না করায়, সেখান থেকে কয়েকদিন পর তার কাছে হাতে লিখিত এক চিঠি এসে পৌঁছায়। যেখানে লেখা ছিলো- “হতচ্ছাড়া মহিলা কোথাকার! যতোবার আমি পুরোপুরি প্রস্তুত একজনকে পাই, ততোবারই তারা বিবাহ করে ফুঁটে যায়!”

যাইহোক, ভেরা রুবিনের গবেষণা এবং পরবর্তীতে আরও কয়েকজন একই সমস্যা নিয়ে কথা বলা শুরু করায় জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা হারিয়ে যাওয়া পদার্থ উপর মনোযোগী হতে বাধ্য হন। ১৯৭৮ সালে ভেরা রুবিন ও তাঁর সহকর্মীরা এগারোটি ভিন্ন ছায়াপথ পরীক্ষা করেন এবং প্রত্যেকটির ক্ষেত্রেই দেখেন, এরা এতো দ্রুত পরিভ্রমণ করছে যে কোনভাবেই এদের ছায়াপথ হিসেবে টিকে থাকার কথা না, নক্ষত্রগুলোর বহু আগেই ছুটে বেরিয়ে যাবার কথা। কিন্তু এরা বহাল তবিয়তে টিকে আছে। একই বছরে ডাচ রেডিও জ্যোতির্বিদ একডজন ছায়াপথের পরিভ্রমণ নিয়ে সম্পূর্ন একটি বিশ্লেষণ প্রবন্ধ আকারে প্রকাশ করেন। সেখানেও একই সমস্যা ফুটে ওঠে। এরপরেই জ্যোতির্বিদরা একত্রে মেনে নিতে সক্ষম হন যে, সত্যিকার অর্থেই অদৃশ্য বস্তুর অস্তিত্ব রয়েছে।

ফ্রিটয এবং ভেরা রুবিন যেভাবে অনুমান করেছিলেন, ঠিক সেভাবেই মাহাজাগতিক নক্ষত্র, ছায়াপথের গতিবেগ সংক্রান্ত সমস্যার সহজ সমাধান করা সম্ভব। সেটা হলো, অদৃশ্য এক ধরণের বস্তু দ্বারা নক্ষত্রগুলো আবদ্ধ যার ভর নক্ষত্রগুলোর সম্মিলিত ভরের তুলনায় প্রায় দশগুন বেশি। ১৯৭৪ সালের মধ্যে অদৃশ্য এই বস্তুর অস্তিত্ব পরীক্ষা করার বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়া আবিষ্কৃত হয়ে গিয়েছিলো, যার মধ্যে সবচেয়ে গ্রহণযোগ্য ও জনপ্রিয় হলো ডার্ক ম্যাটারের কারণে সৃষ্ট নক্ষত্র থেকে বের হওয়া আলোর বিচ্যুতি পরিমাপ করা। আমাদের চশমার লেন্সের মতো অদৃশ্যবস্তুও আলোর পথকে বিচ্যুত করতে সক্ষম (এর অস্বাভাবিক ভরের কারণে সৃষ্ট মহাকর্ষীয় টানের কারণে)। বর্তমানে বিজ্ঞানীরা হাবল টেলিস্কোপ দিয়ে প্রাপ্ত ডাটা কম্পিউটারের সাহায্যে বিশ্লেষণ করে মহাবিশ্বজুড়ে ডার্ক ম্যাটারের বিন্যাসের চিত্র বের করে আনতে সক্ষম হয়েছেন।

তবে এখনও ডার্ক ম্যাটার বা অদৃশ্য বস্তু কী দিয়ে তৈরি সেটা নির্ণয় করতে খাবি খাচ্ছেন তারা। অনেক বিজ্ঞানী ধারণা করেন, ডার্ক ম্যাটার বা অদৃশ্য বস্তুও আমাদের আশে পাশে থাকা পদার্থের সমন্বয়েই তৈরি, ব্যতিক্রম এই যে, এটা অনুজ্জ্বল বা নিষ্প্রভ। অর্থাৎ বাদামী বামন তারা (brown dwarf star), নিউট্রোন তারা বা কৃষ্ণগহবরের মতো, যেগুলোও ডার্ক ম্যাটারের মতো অনুজ্জ্বল। এই ধরনের বস্তুকে ব্যারয়োনিক পদার্থের (baryonic matter) সমষ্টিবদ্ধ একটি রূপ হিসেবে গণ্য করা হয়। ব্যারয়োনিক পদার্থ আমাদের পরিচিত ব্যারয়োন (নিউট্রন এবং প্রোটন) দ্বারা গঠিত। এই সমষ্টিবদ্ধ রূপের নাম MACHOs (Massive Compact Halo Object এর সংক্ষিপ্ত রূপ)।

আবার অনেকে ধারণা করে থাকেন, ডার্ক ম্যাটার খুবই উত্তপ্ত অ-ব্যারয়োনিক পদার্থ (nonbaryonic matter) দিয়ে গঠিত। যেমন নিউট্রিনোস (neutrinos), যার অপর নাম উত্তপ্ত অদৃশ্য বস্তু (hot dark matter)। তবে এমনটা হবার সম্ভাবনা খুব, কারণ নিউট্রিনো এতো দ্রুত চলাফেরা করে যে, এটি দিয়ে তৈরি হলে প্রকৃতিতে অবস্থিত অদৃশ্য বস্তুর আচরণ অন্যরকম হতো। তবে সব মতবাদ ছাড়িয়ে এখন সবচেয়ে জনপ্রিয় হলো, ডার্ক ম্যাটার ঠান্ডা ডার্ক ম্যাটার (cold dark matter) বা WIMPS (weakly interacting massive particles) নামক একদম ভিন্ন এক পদার্থ দিয়ে তৈরি। এই মতবাদকে আমলে নিয়েই বর্তমানে ডার্ক ম্যাটার বা অদৃশ্য বস্তু সম্পর্কিত সকল সমস্যা সমাধানের চেষ্টা করা হয়।

অনুবাদ নোটঃ লেখাটি Michio Kaku এর Parallel Worlds: A Journey Through Creation, Higher Dimensions, and the Future of the Cosmos বইটির তৃতীয় অধ্যায়ের একটি ক্ষুদ্র অংশের প্রায় ভাবানুবাদ।