রহস্যের নাম স্ট্রিং থিওরি

সে জবাব দিতে পারলেন না ভেনিজিয়ানো। শুধু তিনিই নন, অন্যরাও চেষ্টা করে খুব একটা সুবিধা করতে পারলেন না। কেউ জানেন না জবাব। সেটা ১৯৬৮ সালের কথা। ওই বছরের সেপ্টেম্বরে ইতালির বিজ্ঞান জার্নাল ইল নোভো সিমেন্টোতে এ বিষয়ে গবেষণাপত্র প্রকাশ করলেন ভেনিজিয়ানো। সেটা পড়ে বেশ কজন বিজ্ঞানী হুমড়ি খেয়ে পড়লেন রহস্য উদ্‌ঘাটনে। তার দুই বছর পর আলাদা আলাদাভাবে প্রায় একই উত্তর দিলেন তিন বিজ্ঞানী। তাঁরা শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের ইউচিরো নামবু, নীলস বোর ইনস্টিটিউটের হোগার নীলসেন এবং স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ লিওনার্দো সাসকিন্ড। তাঁরা বললেন, আমরা এত কাল কণাকে যেভাবে দেখে এসেছি, মৌলিক কণা আসলে সে রকম নয়; অর্থাৎ কণারা পয়েন্ট বা বিন্দুর মতো নয়, স্ট্রিং বা সুতার মতো। দুটি কণার মধ্যে শক্তিশালী পারমাণবিক বল যদি অতিক্ষুদ্র, চরম পাতলা এবং প্রায় রাবার ব্যান্ডের মতো সুতা আছে বলে ভাবা যায়, সেটা যদি ওই কণাদ্বয়কে সংযুক্ত করে, তাহলেই কেবল অয়েলারের সূত্র ব্যবহার করে গাণিতিকভাবে ওই কোয়ান্টাম প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করা সম্ভব। এই সুতাগুলো শুধু একমাত্রায় থাকে। সেগুলো প্রসারিত হতে পারে, পারে সংকুচিত হতেও। ঠিক রাবার ব্যান্ডের মতো। আরও ভালো করে বললে, রাবার ব্যান্ডের মতোই এই সুতাগুলো শক্তি অর্জন করলে প্রসারিত হয় এবং শক্তি হারালে সংকুচিত হয়। আবার ধারণা করা হলো, রাবার ব্যান্ডের মতো কম্পিত হয় সুতা বা স্ট্রিংগুলো।

ভেনিজিয়ানোর গবেষণাপত্রে স্ট্রিং–সংক্রান্ত কোনো শব্দ ছিল না। কিন্তু বিষয়টা ব্যাখ্যা করতে গিয়ে প্রথমবার স্ট্রিং শব্দটি ব্যবহার করলেন এই তিন বিজ্ঞানী। এভাবেই আনুষ্ঠানিকভাবে জন্ম হলো একটা রহস্যময় তত্ত্বের। নাম স্ট্রিং থিওরি। রহস্যময় এ কারণে যে তখনো তত্ত্বটার অনেক কিছুই বিজ্ঞানীদের জানা নেই। তার আচার-আচরণ উদ্ভট, পাগলাটে। আবোধ্য।

শক্তিশালী পারমাণবিক বল নিয়ে এত দিনের রহস্য উদ্‌ঘাটনে হইচই পড়ে যাবে—এমনটা ভাবা স্বাভাবিক। কিন্তু স্ট্রিং থিওরি এবং তার আবিষ্কর্তা তিন বিজ্ঞানীর ক্ষেত্রে ঘটল উল্টো ঘটনা। এ বিষয়ে একটা গবেষণাপত্র লিখে সেকালের নামকরা বিজ্ঞান জার্নাল ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারস-এ পাঠালেন লিওনার্দো সাসকিন্ড। মজার ব্যাপার হচ্ছে, গবেষণাপত্রটি স্রেফ বাতিল করে দিল জার্নাল কর্তৃপক্ষ। তাদের ভাষ্য, প্রকাশ করার মতো গুরুত্বপূর্ণ কিছু এতে খুঁজে পাওয়া যায়নি। গবেষণাপত্রটি ডাস্টবিনে ফেলার উপযোগী বলেও আকার-ইঙ্গিতে বুঝিয়ে দিল জার্নালের সম্পাদনা দল।

সব শুনে ভীষণ হতাশ হলেন বিজ্ঞানী সাসকিন্ড। নিজের মাথাটা আবর্জনার বিনে ঠুকে গেছে বলে মনে হলো তাঁর। তিনিসহ স্ট্রিং তাত্ত্বিকদের আরও হতাশ হতে হলো, যখন দেখা গেল, অতিপারমাণবিক কণাদের উচ্চশক্তির পরীক্ষাগুলোর ফলাফলের সঙ্গে মোটেও খাপ খাচ্ছে না তত্ত্বটা। বরং অনেক ক্ষেত্রে স্ট্রিং থিওরির ভবিষ্যদ্বাণী পরীক্ষার ফলাফলের সঙ্গে রীতিমতো সাংঘর্ষিক। সে সময় অতিপারমাণবিক কণাদের শক্তিশালী বলের ব্যাখ্যায় গড়ে উঠছিল আরেকটা তত্ত্ব। তার নাম কোয়ান্টাম ইলেকট্রোডাইনামিক্স। সেটা সন্তোষজনক সফলতার সঙ্গে সবকিছু ব্যাখ্যা ও ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারছিল। কাজেই স্ট্রিং থিওরি থেকে মুখ ঘুরিয়ে নিলেন বেশির ভাগ বিজ্ঞানী। তত্ত্বটা প্রায় বাতিলের খাতায় নাম লেখায়, এমন অবস্থা।

ঠিক এ সময় তত্ত্বটার অভিভাবক হিসেবে এগিয়ে এলেন কয়েকজন বিজ্ঞানী। তাঁদের মধ্যে অন্যতম মার্কিন পদার্থবিজ্ঞানী জন হেনরি শোয়ার্জ। প্রায় বাতিল হয়ে যাওয়া তত্ত্বটা নিয়ে আগ্রহী হয়ে ওঠেন তিনি। তাঁর মনে হয়েছিল, তত্ত্বটায় গভীর ও তাৎপর্যময় কিছু একটা আছে। বেশ কয়েক বছর দিন-রাত তত্ত্বটা নিয়ে পড়ে থাকলেন শোয়ার্জ। এর বিভিন্ন গাণিতিক দিক নিয়ে ভাবতে থাকেন। হিসাব কষেন পাতার পর পাতা। এ সময় তাঁর সঙ্গে একে একে কাজ করেন স্ট্রিং তাত্ত্বিক পদার্থবিদ অ্যান্ড্রু নেভ্যু, মাইকেল গ্রিন, জোয়েল শার্কসহ আরও অনেকে।এ থিওরির কিছু সমস্যা শনাক্ত করেন স্ট্রিং তাত্ত্বিকেরা। সেগুলো দূর করতে যুক্তিসংগতভাবে তাঁরা এই তত্ত্বকে আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতা এবং কোয়ান্টাম বলবিদ্যার সঙ্গে অবশ্যই খাপ খাওয়ানোর সিদ্ধান্তে নেন; অর্থাৎ গতির আপেক্ষিকতা ও আলোর গতি এবং পরমাণুর ক্ষুদ্র জগতের বিজ্ঞানের সঙ্গে মানানসই করার চেষ্টা করেন তত্ত্বটাকে। কয়েক বছরের চেষ্টায় তা সম্ভব হলো। কিন্তু সেটি করতে গিয়ে অদ্ভুত দুটি সমস্যার মুখোমুখি হন তাত্ত্বিকেরা।

আপেক্ষিকতা এবং কোয়ান্টাম মেকানিকসের সঙ্গে স্ট্রিং থিওরি খাপ খাওয়ানো সম্ভব। কিন্তু বিনিময়ে গুনতে হবে মাশুল। মেনে নিতে হবে তিনটি শর্ত। প্রথমত, মহাবিশ্বের মাত্রা হতে হবে চারটি নয়, বরং ২৬টি। এর মধ্যে স্থানিক মাত্রা ২৫টি এবং সময়ের মাত্রা একটি। দ্বিতীয়ত, এমন এক কণা থাকতে হবে, যা আলোর চেয়েও দ্রুতবেগে ছুটতে পারে। এই কণার নাম দেওয়া হলো ট্যাকিয়ন। তৃতীয়ত, ভরহীন কিছু কণার অস্তিত্ব থাকতে হবে। সেই কণা কখনো স্থির থাকতে পারবে না।

নতুন নাম পাওয়ার সঙ্গে সঙ্গে কিছু পালক খসে (যুক্ত নয়) গেল স্ট্রিং থিওরির দেহ থেকে। মানে দুটি সমস্যা দূর করা গেল তত্ত্বটা থেকে। এতে ট্যাকিয়নের মতো অবাস্তব কণার কোনো অস্তিত্ব আর রইল না। সেই সঙ্গে মাত্রার সংখ্যা নেমে এল ২৬ থেকে মাত্র ১০টিতে। কাজেই সুপারস্ট্রিং থিওরির মাত্রা ১০টি। অবশ্য তা–ও আমাদের চেনাপরিচিত মাত্রা থেকে ছয়টি বেশি। কিন্তু এই মাত্রাগুলো কই থাকে? সেগুলো আমরা দেখি না কেন? কেন অনুভব করি না? তার উত্তরও আছে সুপারস্ট্রিং থিওরির কাছে। সেটা বলার আগে আরেকটা কথা বলে নিই।

দেখা যাচ্ছে, ’৭০-এর দশকে স্ট্রিং থিওরির প্রধান কিছু সমস্যা দূর করে ফেলা সম্ভব হলো। তবে একটা সমস্যার সমাধান তখনো বাকি। সমস্যাটির কথা আগেই বলেছি। ওই যে বলেছিলাম, ভরহীন কিছু কণার অস্তিত্ব থাকতে হবে, যা কখনো স্থির থাকতে পারবে না। এ রকম চরিত্রের একটা কণা হলো ফোটন। এরও ভর নেই। কখনো স্থির থাকে না। কিন্তু গাণিতিক হিসাব কষে আরেকটা এ রকম কণা পেলেন বিজ্ঞানীরা। কিন্তু তেমন ভরহীন কণার অস্তিত্ব খুঁজে পাওয়া গেল না। তাহলে ঘটনা কী? হিসাব মেলে না।

ঠিক এ সময়ই বড় একটা পদক্ষেপ নিলেন জোয়েল শার্ক এবং জন শোয়ার্জ। একটা হাইপোথেটিক্যাল কণার অস্তিত্বের কথা কল্পনা করলেন দুই বিজ্ঞানী। কাল্পনিক সেই কণার নাম গ্র্যাভিটন; অর্থাৎ মহাকর্ষ কণা। স্ট্রিং থিওরি মতে, একটা বস্তু আরেকটাকে আকর্ষণ করে এই কণাদের আন্তবিনিময়ে। এভাবে স্ট্রিং থিওরির বড় একটা সমস্যার সমাধান হলো। একই সঙ্গে সম্ভব হলো মহাকর্ষ বলের সঙ্গে প্রকৃতির অন্য বলগুলোকে একীভূত করার কাজটা। স্ট্রিং থিওরিকে থিওরি অব এভরিথিং বলার এটাও অন্যতম এক কারণ।

আসলে স্ট্রিং থিওরির বেশ কিছু উদ্ভটতা আছে সত্যি, কিন্তু তারপরও পদার্থবিজ্ঞানের দুটি বড় তত্ত্বকে জুটিবদ্ধ করতে পারছে এটি। অনেকে বলে তত্ত্ব দুটির মধ্যে বিবাহবন্ধনের ব্যবস্থা করতে পেরেছে স্ট্রিং থিওরি। সেই তত্ত্ব দুটি হলো সাধারণ আপেক্ষিকতা এবং কোয়ান্টাম তত্ত্ব। অন্য কোনো তত্ত্ব ব্যবহার করে সেটা করা সম্ভব হয়নি। ফলে স্ট্রিং থিওরির কারণে বিজ্ঞানীদের হাতে এখন কোয়ান্টাম গ্র্যাভিটির একটা সসীম তত্ত্ব রয়েছে। এভাবে গুটিকয় স্ট্রিং তাত্ত্বিক নাছোড়বান্দার মতো লেগে ছিলেন বলেই একসময় প্রায় আস্তাকুঁড় থেকে ফিরে আসে তত্ত্বটি। এরপর স্ট্রিং থিওরি নিয়ে কাজ শুরু করেন শত শত বিজ্ঞানী। সময় ১৯৮০-এর দশক। একে বলা হয় প্রথম সুপারস্ট্রিং বিপ্লব।

এর প্রায় এক দশক পর শুরু হয় দ্বিতীয় সুপারস্ট্রিং বিপ্লব। সেবার, মানে ১৯৯৫ সালের দিকে আরেকটা রূপান্তরের ভেতর দিয়ে গেল স্ট্রিং থিওরি। ফলাফল হিসেবে আবির্ভূত হলো নতুন আরেকটা তত্ত্ব। সে তত্ত্বের নাম এম–থিওরি বা এম–তত্ত্ব। আসলে ’৯০-এর দশকে এসে আদি স্ট্রিং থিওরি থেকে কোয়ান্টাম মহাকর্ষের পাঁচটি আলাদা সংস্করণ পাওয়া গেল। তাদের প্রতিটিই সসীম ও সুসংজ্ঞায়িত। পাঁচটি স্ট্রিং থিওরি দেখতে প্রায় একই রকম, শুধু তাদের স্পিনের বিন্যাস কিছুটা আলাদা। কিন্তু পাঁচটি স্ট্রিং থিওরি থাকার দরকার কী?

প্রশ্নটার জবাব দিলেন পদার্থবিদ এডওয়ার্ড উইটেন। তিনি বলেন, আসলে একটা গুপ্ত এগারো-মাত্রিক তত্ত্ব রয়েছে, যার ভিত্তি মেমব্রেন বা পর্দা, শুধু স্ট্রিং নয়। একেই বলা হলো এম-তত্ত্ব। স্ট্রিং থিওরির পাঁচটি সংস্করণ কেন, সে ব্যাখ্যা দিতেও সক্ষম হলেন তিনি। তিনি বললেন, তার কারণ একটা এগারো-মাত্রিক পর্দা দশ-মাত্রিক স্ট্রিংয়ে চুপসে যাওয়ার পাঁচটি উপায় আছে। অন্য কথায়, স্ট্রিং থিওরির পাঁচটি সংস্করণের সব কটি আসলে একই এম-থিওরির ভিন্ন ভিন্ন গাণিতিক প্রকাশ। কাজেই স্ট্রিং থিওরি আর এম-থিওরি আসলে একই তত্ত্ব। পার্থক্য শুধু, স্ট্রিং থিওরি এগারো-মাত্রিক এম-তত্ত্বের দশ-মাত্রায় সংকুচিত রূপ।

মোটাদাগে, এই হলো স্ট্রিং থিওরির সংক্ষিপ্ততর ইতিহাস।

এবার এই তত্ত্ব কী বলে, সে বিষয়ে কিছু বলা যাক। আগেই ইঙ্গিত দিয়েছি, স্ট্রিং থিওরি মতে, কণা নয়, বস্তুজগতের মৌলিক একক আসলে স্ট্রিং বা তার বা সুতার মতো কিছু একটা। এই সুতার আকার একটা পরমাণুর নিউক্লিয়াসের চেয়েও কোটি কোটি কোটি... ভাগ ছোট। প্রায় ১০-৩৩ সেন্টিমিটার। এটা বিভিন্নভাবে কাঁপতে পারে। এই কাঁপার ধরনের ওপর নির্ভর করে গড়ে ওঠে কোয়ার্ক বা ইলেকট্রনের মতো ভিন্ন ভিন্ন কণা। আবার স্ট্রিং থিওরিতে মাত্রার সংখ্যা ১০টি। কিন্তু আমরা স্রেফ চারটি মাত্রা অনুভব করতে পারি। তাহলে বাকি মাত্রাগুলো কোথায়? সেগুলো আমরা দেখতে পাই না কেন? স্ট্রিং থিওরির মতে, বাকি ছয়টি মাত্রা অতি অল্প পরিসরে কুঁকড়ে গেছে। সেগুলো এতই ক্ষুদ্র যে পরমাণুগুলো এসব মাত্রার মধ্যে ঢুকতে পারে না। তাই সেগুলো আমরা অনুভব করতে পারি না।

সেটা না হয় মেনে নিলাম। কিন্তু তারপরও স্ট্রিং থিওরিকে নিখুঁত বলা যায় না। এর সবচেয়ে বড় দুর্বলতা হলো তত্ত্বটা পরীক্ষা করে দেখা সম্ভব হয়নি। কাল্পনিক কণা গ্র্যাভিটন বা সুপারসিমেট্রির মাধ্যমে পাওয়া সুপারপার্টনার কণার কোনো অস্তিত্ব এখনো খুঁজে পাওয়া যায়নি। গ্র্যাভিটনের কথা বলা যাক। এই কণা যে শক্তি ধারণ করে, তাকে বলা হয় প্ল্যাঙ্ক এনার্জি। সেটা আমাদের এখন পর্যন্ত তৈরি করা সবচেয়ে বড় কণাত্বরক যন্ত্র লার্জ হ্যার্ডন কলাইডার বা এলএইচসি যে শক্তি তৈরি করে, তার চেয়ে কোয়াড্রিলিয়ন গুণ বেশি। বর্তমানে এলএইচসির যে আকার, তার চেয়ে কোয়াড্রিলিয়ন গুণ বড় আরেকটা এলএইচসি বানানোর চেষ্টা করার কথা ভাবুন। তাহলে তত্ত্বটা সরাসরি প্রমাণের জন্য যে পার্টিকেল অ্যাকসিলারেটরের দরকার হবে, তার আকার হবে একটা গ্যালাক্সির সমান। আরও মজার ব্যাপার হলো, স্ট্রিং থিওরির একেকটি সমাধান হলো একেকটা গোটা মহাবিশ্ব। কাজেই এর সমাধানের পরিমাণও অসীমসংখ্যক। তাই তত্ত্বটাকে সরাসরি পরীক্ষা করার জন্য গবেষণাগারে একটা শিশু মহাবিশ্ব তৈরি করা প্রয়োজন। সেটা মানুষের পক্ষে শুধু কঠিনই নয়, এককথায় অসম্ভব।

কাজেই এখন পর্যন্ত তত্ত্বের অ্যাসিড টেস্টে ব্যর্থ হয়েছে স্ট্রিং থিওরি। তাই নামে থিওরি থাকলেও এখনো এটি আসলে একটি হাইপোথিসিস বা প্রস্তাবিত তত্ত্ব। তবে স্ট্রিং থিওরির প্রবর্তকেরা তাতে দমে যাননি। তাঁরা এখন পরোক্ষভাবে এটা পরীক্ষা করে দেখার উপায় খুঁজছেন। সেই সঙ্গে তৃতীয় সুপারস্ট্রিং বিপ্লবের জন্য অপেক্ষা করছেন তাত্ত্বিকেরা। সেটাই হয়তো মোড় ঘুরিয়ে দিতে পারে স্ট্রিং থিওরির। কিংবা অর্থহীন একটা তত্ত্ব হিসেবেও প্রমাণিত হতে পারে এটি। স্ট্রিং থিওরির ভাগ্যে কী আছে, তার উত্তর আসলে বলে দেবে সময়।

লেখক: নির্বাহী সম্পাদক, বিজ্ঞানচিন্তা

সূত্র: মিচিও কাকু/ প্যারালাল ওয়ার্ল্ডস

মিচিও কাকু/ দ্য গড ইকুয়েশন

লি স্মোলিন/ দ্য ট্রাবল উইথ ফিজিকস

ব্রায়ান গ্রিন/ দ্য এলিগেন্ট ইউনিভার্স

উইকিপিডিয়া

*লেখাটি ২০২৩ সালে বিজ্ঞানচিন্তার মার্চ সংখ্যায় প্রকাশিত