মহাকর্ষ কী, তা আশা করি সবাই জানেন। এই বলটিই ভূপৃষ্ঠের সঙ্গে আমাদের আটকে রাখে। চাঁদ, গ্রহ, নক্ষত্র নিজ নিজ কক্ষপথে চলমান রয়েছে এ বলের প্রভাবে। বিজ্ঞানী আইজ্যাক নিউটনের মাথায় আপেল পড়ার ঘটনাও ঘটেছিল একই কারণে। এই বল যদি না থাকত, তাহলে অনেক আগেই ভেসে যেতাম আমরাসহ পৃথিবীর সবকিছু। এমনকি আজকের পরিচিত মহাবিশ্বও গড়ে উঠতে পারত না কোনোদিন। মহাকর্ষ না থাকলে গোটা মহাবিশ্বে কোনো গ্রহ, নক্ষত্র বা ছায়াপথ থাকত না। স্রেফ একটা অন্ধকার মহাবিশ্ব গড়ে উঠত, যার ভেতর থাকত ধুলিকণা আর গ্যাসের রাজত্ব।
কাজেই প্রকৃতির চারটি মৌলিক বলের মধ্যে অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ বল এই মহাকর্ষ বা গ্র্যাভিটি। কিন্তু এটিই সবচেয়ে দুর্বল বল। বিজ্ঞানীদের হিসেবে, বলটি শক্তিশালী পারমাণবিক বলের চেয়ে ১০৩৮ ভাগ দুর্বল। বিদ্যুৎচুম্বকীয় বলের তুলনায় ১০৩৬ ভাগ এবং দুর্বল পারমাণবিক বলের তুলনায় ১০২৯ ভাগ দুর্বল।
তাহলে প্রশ্ন ওঠে, অন্য বলগুলোর তুলনায় মহাকর্ষ যদি এত এত দুর্বলই হয়, তাহলে তাদের কাছে মহাকর্ষ হেরে যাচ্ছে না কেন? গ্রহ ও নক্ষত্রগুলোকে মহাকর্ষ কীভাবে নির্দিষ্ট কক্ষপথে ধরে রেখেছে? অন্যান্য বলের প্রভাবে সেগুলো কক্ষপথ থেকে ছিটকে যাচ্ছে না কেন?
মহাকর্ষই আমাদের এ মহাবিশ্ব এবং আমাদের দৈনন্দিন জীবন মূর্ত করে তোলে। এ বলকে খুব ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারেন পদার্থবিদরা।
এর উত্তর হলো, অনেক বড় পরিসরে এবং বিপুল ভরের ক্ষেত্রে মহাকর্ষ খুব গুরুত্বপূর্ণ। অন্যদিকে দুর্বল ও সবল পারমাণবিক বল কাজ করে কেবল অতিক্ষুদ্র বা অতিপারমাণবিক পরিসরে। তাই মহাকর্ষের ওপর এগুলো আধিপত্য বিস্তার করতে পারে না। অন্য বলগুলোর সঙ্গে এর অন্যতম প্রধান পার্থক্য হলো, মহাকর্ষের ব্যপ্তি দূরপাল্লার। অনেক দূর থেকে এটি বস্তুর ওপর প্রভাব বিস্তার করতে পারে। তাই বহুদূর থেকেও পৃথিবীসহ সৌরজগতের অন্য গ্রহগুলো সূর্যের আকর্ষণে বাঁধা পড়ে আছে। অন্যদিকে গ্রহ, নক্ষত্র ও ছায়াপথের চলাফেরায় বিদ্যুৎচুম্বকীয় বলের বড় কোনো ভূমিকা নেই। কারণ অতিপারমাণবিক পর্যায়ে এ বল শক্তিশালী হলেও বড় পরিসরে বা গ্রহ-নক্ষত্রে এর মোট আকর্ষণ-বিকর্ষণের প্রভাব একটা সাম্যাবস্থায় থাকে। কাজেই তখন একটি নক্ষত্র অন্য কোনো গ্রহে বা নক্ষত্রে এ বলের প্রভাব খাটাতে পারে না। তাই গ্রহ বা নক্ষত্র এ বলের মাধ্যমে অন্য কিছুকে আকর্ষণ বা বিকর্ষণ কোনোটাই করে না।
কাজেই বিদ্যুৎচুম্বকীয় বল দ্বিমুখী, কিন্তু মহাকর্ষ একমুখী। অর্থাৎ শুধু আকর্ষণধর্মী। এ আকর্ষণ থেকে কারও মুক্তি নেই। এ বল টানে সবাইকে। মহাবিশ্বের প্রতিটি বস্তুই পরস্পরকে সদা আকর্ষণ করছে। এর সীমাও বিস্তৃত অসীম পর্যন্ত। এ আকর্ষণ বলের পরিমাপ মাপার উপায় বলা আছে নিউটনের মহাকর্ষ সূত্রে (সময় পেলে সূত্রটা দেখে নেবেন)। মহাকর্ষের কারণে পৃথিবীর চারপাশে চাঁদ ঘুরছে, সূর্যের চারপাশেও নিজ নিজ কক্ষপথে ঘুরছে পৃথিবী ও অন্য গ্রহগুলো। ছায়াপথে নক্ষত্ররাও থাকে নিজ নিজ কক্ষপথে। আবার গাছ থেকে আম বা আপেল নিচে পড়ে এ বলের কারণে।
মহাকর্ষই আমাদের এ মহাবিশ্ব এবং আমাদের দৈনন্দিন জীবন মূর্ত করে তোলে। এ বলকে খুব ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারেন পদার্থবিদরা। সে জন্য ব্যবহার করা হয় নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব এবং আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব। দুটি তত্ত্ব ব্যবহার করে দারুণভাবে মহাকর্ষকে ব্যাখ্যা এবং বাস্তবে প্রয়োগ করা যায়।
মহাকর্ষ সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব। কিন্তু মহাবিশ্ব সম্পর্কে একটা পূর্ণাঙ্গ তত্ত্ব পেতে দরকার আপেক্ষিকতা তত্ত্ব এবং কোয়ান্টাম মেকানিকসকে একীভূত করা।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের আরেকটি ভিত্তি কোয়ান্টাম মেকানিকস। এর ওপর ভিত্তি করে গড়ে উঠেছে কণাপদার্থবিজ্ঞানের স্ট্যান্ডার্ড মডেল। কিন্তু এ মডেলে মহাকর্ষের ভূমিকা নেই। কারণ তার অতি দুর্বলতা। আর অন্য বলগুলোর সঙ্গে এর চরিত্র মেলে না। কাজেই কণাপদার্থবিদরা তাদের গণনায় মহাকর্ষ আমলে নেন না। স্ট্যান্ডার্ড মডেলের কাজ-কারবার সবই মৌলিক কণাদের ঘিরে—বস্তুকণা এবং বলের বাহক কণা। এ মডেল অনুসারে, অন্য তিনটি বল বিস্তৃত হয় নিজ নিজ বাহক কণার মাধ্যমে। যেমন বিদ্যুৎচুম্বকীয় বল ছড়িয়ে পড়ে ফোটন কণার মাধ্যমে। শক্তিশালী পারমাণবিক বল দুটি কণার মধ্যে মিথস্ক্রিয়া করে গ্লুয়ন কণার মাধ্যমে। আর দুর্বল পারমাণবিক বল দুটি কণার মধ্যে মিথস্ক্রিয়া করে ডব্লিউ প্লাস, ডব্লিউ মাইনাস এবং জেড জিরো (W+, W-, Z0) কণার মিথস্ক্রিয়ায়। তাহলে চতুর্থ বল মহাকর্ষ দুটি বস্তুর মধ্যে ছড়ায় কীভাবে? এর পেছনেও কি কোনো বিশেষ কণার ভূমিকা থাকতে পারে? সে প্রশ্নের উত্তর খুঁজতে গিয়ে নতুন একটি ব্যাপার অনুমান করলেন কণাপদার্থবিদেরা। আইডিয়া হিসেবে বিষয়টা দারুণ।
আসলে মহাবিশ্বের ক্ষুদ্র পরিসরের কণাদের জগৎ ব্যাখ্যায় বেশ সফল স্ট্যান্ডার্ড মডেল। কিন্তু কণাপদার্থবিজ্ঞানের অন্যান্য বলের মতো করে মহাকর্ষকে ঠিক মেলানো যায়নি। কারণ এ তিনটি বলের সঙ্গে মহাকর্ষ বল কোনোভাবে খাপ খায় না।
আগেই বলেছি, মহাকর্ষ সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব। কিন্তু মহাবিশ্ব সম্পর্কে একটা পূর্ণাঙ্গ তত্ত্ব পেতে দরকার আপেক্ষিকতা তত্ত্ব এবং কোয়ান্টাম মেকানিকসকে একীভূত করা। অর্থাৎ প্রকৃতির চারটি বল এবং সবগুলো কণাকে একীভূতকারী একক তত্ত্ব দরকার। অনেকে একে বলেন, প্রায় বিপরীতমুখী এই দুটি তত্ত্বের মধ্যে বিবাহ বন্ধনের ব্যবস্থা করা। অনেক দিন ধরে সে চেষ্টা করেও যাচ্ছেন বিজ্ঞানীরা। সেই পূর্ণাঙ্গ তত্ত্বের পোশাকি নাম থিওরি অব এভরিথিং। একে কোয়ান্টাম গ্র্যাভিটি তত্ত্বও বলা হয়। ধারণা করা হয়, এ তত্ত্বের মাধ্যমে প্রকৃতির চারটি বলকে একীভূত করা সম্ভব হবে। মানে এদের মধ্যে যোগসূত্র সৃষ্টি করা সম্ভব।
তার অংশ হিসেবে মহাকর্ষ বলকেও স্ট্যান্ডার্ড মডেলের অন্যান্য কণার মতো করে বোঝার চেষ্টা করেছেন বিজ্ঞানীরা। তাই একটা হাইপোথিসিস হিসেবে ভাবা হয়েছে, মহাকর্ষও যদি কোনো বাহক কণা দিয়ে বস্তুকণার মধ্যে ছড়িয়ে পড়ে, তাহলে সবকিছু মিলে যায় খাপে খাপে। বিজ্ঞানীরা মহাকর্ষের একটি বাহক কণা কল্পনাও করলেন। একে বলা যায়, গ্র্যাভিটি বা মহাকর্ষের কোয়ান্টাম। সেই কণার আরেক নাম গ্র্যাভিটন। বাংলায় কি মহাকর্ষ কণা বলা যায়?
গ্র্যাভিটন শব্দটি ১৯৩৪ সালে প্রথম ব্যবহার করেছিলেন রুশ পদার্থবিদ দিমিত্রি ব্লোখিন্টসেভ এবং এফ এম গ্যালপেরিন। পরে ১৯৫৯ সালে বেশ কিছু লেকচারে শব্দটি নতুন করে পরিচয় করিয়ে দেন পদার্থবিদ পল ডিরাক। তিনি বলেন, মহাকর্ষ ক্ষেত্রের শক্তি কোয়ান্টা হিসেবে আসা উচিত। এ কোয়ান্টাকেই গ্র্যাভিটন বলে অভিহিত করেন ডিরাক।
গ্র্যাভিটনের ধারণা রয়েছে স্ট্রিং থিওরিতেও। এ তত্ত্বে কণাটি আসে সহজাতভাবে। বলা যায়, এতে কণাটির আগমন আকস্মিকভাবে। ১৯৭০-এর দশকের কথা।
যাই হোক, কোয়ান্টাম গ্র্যাভিটি অনুসারে, গ্র্যাভিটন একটি মৌলিক বোসন কণা ও ভরহীন। কারণ মহাকর্ষ বল অনেক দূর থেকে কাজ করে এবং তা ছড়িয়ে পড়তে পারে আলোর গতিতে। এর চারপাশ ঘিরে থাকে মহাকর্ষ তরঙ্গ। আবার এরা বৈদ্যুতিকভাবেও চার্জহীন। এ হাইপোথিসিস অনুসারে, বিভিন্ন কণা যখন এই বলের মাধ্যমে প্রভাবিত হয়, তখন তাদের মধ্যে গ্র্যাভিটন কণা বিনিময় হয়। অর্থাৎ পৃথিবী যে আপনাকে ভূপৃষ্ঠে ধরে রেখেছে, তার কারণ পৃথিবী ও আপনার দেহ থেকে অগণিত গ্র্যাভিটন বিনিময় হচ্ছে। একইভাবে চাঁদ ও পৃথিবীর মধ্যে এবং সূর্য ও পৃথিবীর মধ্যেও এই মহাকর্ষ কণার বিনিময় চলছে সবসময়। এর মাধ্যমেই তাদের মধ্যে আকর্ষণ বল বজায় থাকছে।
কল্পনা বা আইডিয়া হিসেবে বিষয়টা দারুণ, তাতে সন্দেহ নেই। কিন্তু ব্যাপক সমস্যা বাঁধে কোয়ান্টাম মেকানিকসের সঙ্গে সাধারণ আপেক্ষিকতা বা মহাকর্ষকে একীভূত করতে গিয়ে। তাতে মান হিসেবে অসীম সংখ্যা পাওয়া যায়। জটিল সেই গণিত গত ৭০ বছর ধরে চেষ্টা করেও সমাধান করতে পারেননি বিজ্ঞানীরা।
গ্র্যাভিটনের ধারণা রয়েছে স্ট্রিং থিওরিতেও। এ তত্ত্বে কণাটি আসে সহজাতভাবে। বলা যায়, এতে কণাটির আগমন আকস্মিকভাবে। ১৯৭০-এর দশকের কথা। সে সময় স্ট্রিং থিওরি নিয়ে গবেষণা করছিলেন যুক্তরাষ্ট্রের ক্যালটেকের বিজ্ঞানী জন শোয়ার্জ এবং প্যারিসের ইকোল নরমেল সুপারিরির জোয়েল শার্ক। আগে মনে করা হতো, তত্ত্বটি শুধু শক্তিশালী নিউক্লিয়ার মিথস্ক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে পারে। এই দুই বিজ্ঞানী যে মডেলটি নিয়ে কাজ করছিলেন, তাতে নতুন এক কণার ভবিষ্যদ্বাণী করতে দেখা গেল। কিন্তু সেটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া ঘটায় না। হিসেব কষে কণাটির ভর পাওয়া গেল শূন্য এবং দুই কোয়ান্টাম একক। তাহলে কণাটি কী? এবং কেন?
এখন পর্যন্ত কোনো পরীক্ষায় গ্র্যাভিটন কণা শনাক্ত করা যায়নি। এ কণার অস্তিত্বের কোনো প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষ প্রমাণও নেই বিজ্ঞানীদের হাতে। তবে মহাকর্ষ তরঙ্গ শনাক্ত করা সম্ভব হয়েছে।
এর কোনো জবাব ছিল না শোয়ার্জ ও শার্কের কাছে। কাজেই শুরুতে কণাটিকে মডেলের ত্রুটি বলে ভাবলেন এ দুই বিজ্ঞানী। মডেল থেকে এটাকে নানাভাবে বাদ দেওয়ার চেষ্টা করলেন তাঁরা। কিন্তু বিফলে গেল সব চেষ্টা। দেখা গেল, কণাটি বাদ দিতে গেলে মডেলটি অকার্যকর হয়ে যায়। এরপরই একটা অনুমান করলেন তাঁরা। একে দুঃসাহসী অনুমান বলা চলে। কণাটিকে মহাকর্ষ কণা বা গ্র্যাভিটন ধরে নেন শোয়ার্জ ও শার্ক। তাতে আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতার সঙ্গে কোয়ান্টাম তত্ত্বের একটা যোগসূত্র তৈরি হলো। এভাবেই স্ট্রিং থিওরিতে গ্র্যাভিটন কণার আগমন। কাজেই স্ট্রিং থিওরিতে মহাকর্ষ থাকা বাধ্যতামূলক। এ তত্ত্ব অনুসারে, গ্র্যাভিটন হলো মৌলিক স্ট্রিং, যা ভরহীন।
সবমিলিয়ে অনেক বিজ্ঞানী দৃঢ়ভাবে বিশ্বাস করেন, মহাকর্ষের ক্ষুদ্রতম ও অবিভাজ্য কণা বা গ্র্যাভিটনের অস্তিত্ব অবশ্যই আছে। কাজেই গ্র্যাভিটন কণা যদি সত্যিই কখনও খুঁজে পাওয়া যায়, তাহলে সেটা হবে পদার্থবিজ্ঞানের অন্যতম বড় ঘটনা। একটা ব্রেকথ্রু। কারণ তাহলে দুটি ভারী বস্তুর মধ্যকার আকর্ষণ বল ব্যাখ্যা করা যাবে।
কিন্তু এখন পর্যন্ত কোনো পরীক্ষায় গ্র্যাভিটন কণা শনাক্ত করা যায়নি। এ কণার অস্তিত্বের কোনো প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষ প্রমাণও নেই বিজ্ঞানীদের হাতে। তবে মহাকর্ষ তরঙ্গ শনাক্ত করা সম্ভব হয়েছে। আইনস্টাইনের ভবিষ্যদ্বাণীর প্রায় ১০০ বছর পর, ১৯১৬ সালে প্রথমবার মহাকর্ষ তরঙ্গ শনাক্ত করা হয়। যুক্তরাষ্ট্রের দুটি জায়গায় বসানো লাইগো নামের বিশাল লেজার ইন্টারফেরোমিটারে তা সম্ভব করে তোলেন বিজ্ঞানীরা। কিন্তু গ্র্যাভিটন কণা শনাক্ত করা যাচ্ছে না কেন? এর উত্তর হলো, এটি শনাক্ত করতে যে পরীক্ষার আয়োজন করতে হবে, তার যোগাড়যন্ত্র করা বিজ্ঞানীদের পক্ষে এই মুহূর্তে অসম্ভব। বাস্তবসম্মতও নয়। কিংবা কে জানে, কণাটি হয়তো তেমন সামাজিক নয়, তাই বিজ্ঞানীদের হাতে ধরা পড়তে চায় না! নয়তো গ্র্যাভিটন হয়তো বিজ্ঞানীদের অতিকল্পনা। নাকি স্রেফ একটা ফ্যান্টাসি?