বিজ্ঞান

ক্ল্যাসিকাল পদার্থ বিজ্ঞানের একটি ব্যর্থতা --
আমাদের প্রাত্যহিক জীবনের অনেক ঘটনাই ঘটে যা আমরা জানিনা বা অবলোকন করিনা। এসব ঘটনা আমাদের জীবনের আড়ালেই থেকে যায় অনেক সময়। এরকম অনেক ঘটনাই বিজ্ঞানের অনেক শাখাই ব্যাখ্যা করতে মাঝে মাঝে অক্ষম হয়ে পড়ে। এরকম একটি ঘটনা হলো "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট" (photoelectric effect)
যখন আলো কোনো ধরণের ধাতবীয় উপাদানের উপরিভাগে পড়ে তখন সেই ধাতবীয় উপাদানের মধ্যে অবস্থিত ইলেকট্রন আলো থেকে শক্তি শোষণ করে নেয়। আর এই শক্তি শোষণ করে নেয়ার কারণে ইলেকট্রন ধাতবীয় উপাদানের উপরিভাগ থেকে পালিয়ে যেতে সক্ষম হয়। এই ঘটনাকেই পদার্থ বিজ্ঞানের ভাষায় বলা হয় "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট"। কিন্তু এই ঘটনা আমরা খালি চোখে দেখতে পারিনা। খালি চোখে দেখা না গেলেও এই প্রক্রিয়াকে ব্যবহার করেই আমাদের দৈনন্দিন জীবনের অনেক ব্যবহার্য ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতি তৈরী করা হয় , যেগুলোকে বলা হয় "সৌরশক্তি চালিত " যন্ত্র। এই "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট" প্রক্রিয়াটি ব্যবহার করা হয় বিদ্যুৎ প্রবাহ তৈরী করার জন্যে। আর বিদ্যুৎ প্রবাহটা সংঘটিত হয় ইলেকট্রনের ঠিক উল্টা পথে। অর্থাৎ ইলেকট্রন যে পথে গমন করে বিদ্যুৎ প্রবাহটা সেই পথেই তৈরী হয় তবে ঠিক বিপরীতদিকে।
ক্ল্যাসিকাল পদার্থ বিজ্ঞানের এক মহারথী স্যার আইজ্যাক নিউটন (Sir Isaac Newton) আবিষ্কার করে গেছেন আলো এক প্রকার কণা দিয়ে গঠিত। কিন্তু পরবর্তীতে ডাচ গণিতবিদ এবং পদার্থবিদ ক্রিস্টিয়ান হাইগেন (Christiaan Huygens) প্রমান করেন আলো এক প্রকার তরঙ্গ। আর তা থেকেই ধীরে ধীরে আলোর দ্বৈততার সূত্র রূপধারণ করতে থাকে। অর্থাৎ আলো কণিকা এবং তরঙ্গ দুরকমই আচরণ করতে পারে।
নোবেল বিজয়ী আরো এক তাত্ত্বিক জার্মান পদার্থ বিজ্ঞানী ম্যাক্স প্লাঙ্ক (Max planck) আলোকে তার তত্ত্ব দ্বারা আরো এক ধাপ এগিয়ে নিলেন। যে তত্ত্ব আলোর কোয়ান্টাম তত্ত্ব হিসেবেও পরিচিত। তিনি ১৯০০ সালে "ব্ল্যাক বডি রেডিয়েশন" (Blackbody Radiation) ব্যাখ্যা করতে গিয়ে বলেন যদিও আলো এক প্রকার তরঙ্গ, কিন্তু সেই তরঙ্গ গুলো শক্তি আহরণ বা বিসর্জন করতে পারে। তবে তা নির্ভর করবে তাদের নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের উপর। প্ল্যাঙ্ক সেই শক্তিকে নামকরণ করেন লাম্পস বা কোয়ান্টা (Lumps or Quanta) হিসেবে । বিজ্ঞানী মাক্স প্লাঙ্কের তত্ত্বের হাত ধরেই "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট" কে ব্যাখ্যা করতে এগিয়ে আসেন আধুনিক পদার্থ বিজ্ঞানের আরো এক বিষ্ময়কর বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন। আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব অনুসারে আলো এক প্রকার তরঙ্গ, যার মধ্যে শক্তি নিহিত রয়েছে এবং সেই শক্তি তরঙ্গের সর্বত্র সমানভাবে বন্টিত।
ক্ল্যাসিকাল পদার্থ বিজ্ঞান অনুসারে যখন ক্ষীণ (dim) আলো ধাতব উপাদানের উপর নিক্ষেপিত হয় তখন সেই উপাদানে অবস্থিত ইলেকট্রনগুলো কিছু সময় নেবে সেই ক্ষীণ আলো থেকে শক্তি শোষণ করতে। আর তারপর ইলেকট্রনগুলো ধাতব পদার্থ থেকে পলায়ন করতে সক্ষম হবে। কিন্তু ক্ল্যাসিকাল পদার্থ বিজ্ঞানের সেই গণনাকে আলো সম্পূর্ণ রূপে নাকচ করে দেয়। এখানেই এসে ক্ল্যাসিকাল পদার্থ বিজ্ঞান থমকে দাঁড়ায়।
পরীক্ষার মাধ্যমে দেখা গেছে শুধুমাত্র নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের আলোই যেকোনো ধাতবীয় পদার্থ থেকে ইলেকট্রনকে বিতাড়িত করতে পারে।
১৯০৫ সালে বিজ্ঞানী আইনস্টাইন সমাধান করে বলেন যে, যদি ম্যাক্স প্লাঙ্কের তত্ত্বানুসারে আলো তরঙ্গের নিরবিচ্ছিন্ন প্রবাহ হিসেবে উপস্থিত হয় তাহলে আলো অবশ্যই গঠিত হয়ে থাকে কোয়ান্টার প্রবাহ দ্বারা। যে কোয়ান্টাগুলোই হলো শক্তি। আলোর শক্তির এই কোয়ান্টাগুলোকে বলা হয় ফোটন (photon) । আর এই ফোটন এর মান নির্ভর করে প্লাঙ্কের কনস্ট্যান্ট এবং ফ্রিকুয়েন্সির উপর। (প্লাঙ্কের কনস্ট্যান্ট হলো h = ৬.৬৩টাইমস ১০ টু দি পাওয়ার মাইনাস ৩৪ এবং ফ্রিকুয়েন্সি হলো f) । এ তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে বলা যায় আলোর শক্তি তরঙ্গের সর্বত্র সমানভাবে বন্টিত নয় , তবে তা ঘনীভূত থাকে ফোটনের মাঝে।
ক্ষীণ আলো নিক্ষেপের অর্থ হলো যেখানে ফোটনের পরিমাণ কম থাকে। কিন্তু যদি আলোর কম্পাঙ্কের পরিবর্তন না করে ক্ষীণ আলো বা উজ্জ্বল আলো নিক্ষেপ করা হয়, একক ভাবে কোনো ফোটনের শক্তির পরিবর্তন হয়না। সুতরাং নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের আলো অর্থাৎ যদি একটি ফোটনের যথেষ্ট পরিমান শক্তি থাকে তাহলে সেই ফোটন ধাতবীয় পদার্থ থেকে ইলেকট্রনকে বিতাড়িত করতে সক্ষম হবে। এখানে আলো ক্ষীণ না উজ্জ্বল সেটার উপর নির্ভরশীল নয়।
আইনস্টাইন - তাঁর এই পরীক্ষার জন্য 1921 সালে নোবেল পুরস্কারে ভূষিত হন। আর এ থেকেই বিজ্ঞান জগতে "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট" এর ক্ল্যাসিকাল মতবাদের ভবিষ্যদ্বাণী চিরতরে বিদায় নেয় আর কোয়ান্টাম বিজ্ঞান জগতে "ফটো ইলেকট্রিক ইফেক্ট" একটি অনন্য কীর্তি হিসেবে জায়গা করে নেয়।
FOYEZ AHMED
Physics with Astrophysics
University of Central Lancashire
England