আলো কিভাবে ভ্রমণ করে?আলো কি সরল পথে চলে?

 

আলো কিভাবে ভ্রমণ করে?

 ডেমোক্রিটাস - একজন গ্রীক দার্শনিক যিনি খ্রিস্টপূর্ব 5 ম এবং 4 র্থ শতাব্দীর মধ্যে বসবাস করেছিলেন - যুক্তি দিয়েছিলেন যে সমস্ত অস্তিত্ব ক্ষুদ্র অবিভাজ্য পরমাণু দ্বারা গঠিত, বিজ্ঞানীরা আলোর প্রকৃত প্রকৃতি সম্পর্কে অনুমান করছেন৷ যেখানে বিজ্ঞানীরা আধুনিক অবধি আলো একটি কণা বা একটি তরঙ্গ ছিল এই ধারণার মধ্যে এগিয়ে এবং এগিয়ে গিয়েছিলেন, 20 শতকে এমন সাফল্যের দিকে পরিচালিত করেছিল যা দেখায় যে এটি উভয়ের মতো আচরণ করে। এর মধ্যে রয়েছে ইলেকট্রনের আবিষ্কার, কোয়ান্টাম তত্ত্বের বিকাশ এবং আইনস্টাইনের আপেক্ষিক তত্ত্ব। যাইহোক, যখন এটি আলোতে আসে তখন অনেক আকর্ষণীয় এবং উত্তরহীন প্রশ্ন থেকে যায়, যার মধ্যে অনেকগুলি এর দ্বৈত প্রকৃতি থেকে উদ্ভূত হয়। উদাহরণ স্বরূপ, কিভাবে আলো আপাতদৃষ্টিতে ভর ছাড়া হতে পারে, কিন্তু তবুও একটি কণা হিসাবে আচরণ করে? এবং কীভাবে এটি একটি তরঙ্গের মতো আচরণ করতে পারে এবং একটি ভ্যাকুয়ামের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, যখন অন্য সমস্ত তরঙ্গের প্রচারের জন্য একটি মাধ্যম প্রয়োজন? 19 শতকে আলোর তত্ত্ব: বৈজ্ঞানিক বিপ্লবের সময়, বিজ্ঞানীরা অ্যারিস্টোটেলিয়ান বৈজ্ঞানিক তত্ত্বগুলি থেকে দূরে সরে যেতে শুরু করেছিলেন যা শতাব্দী ধরে স্বীকৃত ক্যানন হিসাবে দেখা হয়েছিল। 

এর মধ্যে এরিস্টটলের আলোর তত্ত্বকে প্রত্যাখ্যান করা অন্তর্ভুক্ত ছিল, যা এটিকে বাতাসে একটি বিঘ্ন হিসাবে দেখেছিল (তার চারটি "উপাদান" যা পদার্থ তৈরি করেছিল) এবং আলোকে অবিভাজ্য পরমাণু দ্বারা গঠিত আরও যান্ত্রিক দৃষ্টিভঙ্গি গ্রহণ করে। অনেক উপায়ে, এই তত্ত্বটি ধ্রুপদী প্রাচীনত্বের পরমাণুবিদদের দ্বারা প্রিভিউ করা হয়েছিল - যেমন ডেমোক্রিটাস এবং লুক্রেটিয়াস - যাঁরা উভয়েই আলোকে সূর্য দ্বারা প্রদত্ত পদার্থের একক হিসাবে দেখেছিলেন। 17 শতকের মধ্যে, বেশ কয়েকজন বিজ্ঞানী আবির্ভূত হন যারা এই মতকে মেনে নিয়েছিলেন, বলেছিলেন যে আলো বিচ্ছিন্ন কণা (বা "কর্পাসকল") দ্বারা গঠিত। 

এর মধ্যে রেনে দেকার্তস, টমাস হবস, রবার্ট বয়েল এবং সবচেয়ে বিখ্যাত স্যার আইজ্যাক নিউটনের সমসাময়িক পিয়েরে গাসেন্ডি অন্তর্ভুক্ত ছিল। নিউটনের কর্পাসকুলার তত্ত্বটি ছিল শক্তির মাধ্যমে বস্তুগত বিন্দুর মিথস্ক্রিয়া হিসাবে বাস্তবতা সম্পর্কে তার দৃষ্টিভঙ্গির একটি বিস্তৃতি। এই তত্ত্বটি 100 বছরেরও বেশি সময় ধরে স্বীকৃত বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিভঙ্গি হিসাবে থাকবে, যার নীতিগুলি তার 1704 সালের গ্রন্থ "অপটিক্স, বা, প্রতিফলন, প্রতিসরণ, প্রতিফলন এবং আলোর রঙের একটি গ্রন্থ" এ ব্যাখ্যা করা হয়েছিল। 

নিউটনের মতে, আলোর নীতিগুলি নিম্নরূপ সংকলন করা যেতে পারে: আলোর প্রতিটি উৎস উৎসের চারপাশের একটি মাধ্যমের মধ্যে কর্পাসকল নামে পরিচিত বিপুল সংখ্যক ক্ষুদ্র কণা নির্গত করে। এই কণিকাগুলি পুরোপুরি স্থিতিস্থাপক, অনমনীয় এবং ওজনহীন। এটি 17 শতকের ডাচ জ্যোতির্বিজ্ঞানী ক্রিস্টিয়ান হাইজেনস দ্বারা সমর্থন করা "তরঙ্গ তত্ত্ব" এর প্রতি একটি চ্যালেঞ্জের প্রতিনিধিত্ব করে। . 

এই তত্ত্বগুলি প্রথম 1678 সালে প্যারিস একাডেমি অফ সায়েন্সেসের সাথে যোগাযোগ করা হয়েছিল এবং 1690 সালে তার "Traité de la lumière" ("Treatise on Light") এ প্রকাশিত হয়েছিল। এতে, তিনি দেকার্তের দৃষ্টিভঙ্গির একটি সংশোধিত সংস্করণের যুক্তি দেন, যেখানে আলোর গতি অসীম এবং তরঙ্গের সামনের দিকে নির্গত গোলাকার তরঙ্গের মাধ্যমে প্রচারিত হয়। ডাবল-স্লিট পরীক্ষা: 19 শতকের গোড়ার দিকে, বিজ্ঞানীরা কর্পাসকুলার তত্ত্বের সাথে ভাঙতে শুরু করেন। এটির কারণ ছিল যে কর্ণপাসকুলার তত্ত্ব আলোর বিচ্ছুরণ, হস্তক্ষেপ এবং মেরুকরণকে পর্যাপ্তভাবে ব্যাখ্যা করতে ব্যর্থ হয়েছিল, তবে বিভিন্ন পরীক্ষা-নিরীক্ষার কারণেও এটি ছিল যে আলো একটি তরঙ্গ হিসাবে আচরণ করে এমন এখনও-প্রতিযোগী দৃষ্টিভঙ্গি নিশ্চিত করে। 

এর মধ্যে সবচেয়ে বিখ্যাত ছিল তর্কযোগ্যভাবে ডাবল-স্লিট এক্সপেরিমেন্ট, যা মূলত ইংরেজ পলিম্যাথ টমাস ইয়াং দ্বারা 1801 সালে পরিচালিত হয়েছিল (যদিও স্যার আইজ্যাক নিউটন তার নিজের সময়ে একই রকম কিছু পরিচালনা করেছিলেন বলে মনে করা হয়)। ইয়ং এর সংস্করণেপরীক্ষা করে, তিনি কাগজের একটি স্লিপ ব্যবহার করেছিলেন যাতে কাটা স্লিটগুলি ছিল, এবং তারপরে আলো কীভাবে এটির মধ্য দিয়ে যায় তা পরিমাপ করার জন্য তাদের দিকে একটি আলোর উত্স নির্দেশ করে। 

ধ্রুপদী (অর্থাৎ নিউটনিয়ান) কণা তত্ত্ব অনুসারে, পরীক্ষার ফলাফলগুলি স্লিটের সাথে মিলিত হওয়া উচিত, দুটি উল্লম্ব রেখায় স্ক্রিনে প্রদর্শিত প্রভাবগুলি। পরিবর্তে, ফলাফলগুলি দেখায় যে আলোর সুসঙ্গত বিমগুলি হস্তক্ষেপ করছে, পর্দায় উজ্জ্বল এবং অন্ধকার ব্যান্ডগুলির একটি প্যাটার্ন তৈরি করছে। এই বিরোধী ধ্রুপদী কণা তত্ত্ব, যেখানে কণা একে অপরের সাথে হস্তক্ষেপ করে না, তবে কেবল সংঘর্ষ হয়। হস্তক্ষেপের এই প্যাটার্নের একমাত্র সম্ভাব্য ব্যাখ্যা ছিল যে আলোর মরীচিগুলি আসলে তরঙ্গ হিসাবে আচরণ করছে। এইভাবে, এই পরীক্ষাটি এই ধারণাটিকে উড়িয়ে দিয়েছিল যে আলো কণিকা নিয়ে গঠিত এবং আলোর তরঙ্গ তত্ত্বের স্বীকৃতিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছিল।

 তবে পরবর্তী গবেষণা, ইলেকট্রন এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশনের আবিষ্কারের সাথে জড়িত, বিজ্ঞানীরা আবারও বিবেচনা করতে পারে যে আলোও একটি কণা হিসাবে আচরণ করে, এইভাবে তরঙ্গ-কণা দ্বৈত তত্ত্বের জন্ম দেয়। ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিজম এবং বিশেষ আপেক্ষিকতা: 19 এবং 20 শতকের আগে, আলোর গতি ইতিমধ্যেই নির্ধারণ করা হয়েছিল। প্রথম রেকর্ড করা পরিমাপটি ডেনিশ জ্যোতির্বিজ্ঞানী ওলে রোমার দ্বারা সঞ্চালিত হয়েছিল, যিনি 1676 সালে বৃহস্পতির চাঁদ আইও থেকে আলোর পরিমাপ ব্যবহার করে দেখিয়েছিলেন যে আলো একটি সীমিত গতিতে ভ্রমণ করে (তাত্ক্ষণিকভাবে নয়)। 

19 শতকের শেষের দিকে, জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল প্রস্তাব করেছিলেন যে আলো একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ, এবং বিভিন্ন সমীকরণ তৈরি করেছিলেন (যা ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণ নামে পরিচিত) কীভাবে বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বক ক্ষেত্র একে অপরের দ্বারা এবং চার্জ এবং স্রোত দ্বারা উত্পন্ন এবং পরিবর্তিত হয় তা বর্ণনা করার জন্য। বিভিন্ন ধরণের বিকিরণ (চৌম্বক ক্ষেত্র, অতিবেগুনী এবং ইনফ্রারেড বিকিরণ) পরিমাপ করে তিনি একটি শূন্যে আলোর গতি গণনা করতে সক্ষম হন (গ হিসাবে উপস্থাপিত)।

 1905 সালে, অ্যালবার্ট আইনস্টাইন "অন দ্য ইলেক্ট্রোডাইনামিকস অফ মুভিং বডিস" প্রকাশ করেন, যেখানে তিনি তার সবচেয়ে বিখ্যাত তত্ত্বগুলির একটিকে অগ্রসর করেন এবং বহু শতাব্দীর স্বীকৃত ধারণা এবং গোঁড়ামিগুলিকে উল্টে দেন। তার গবেষণাপত্রে, তিনি অনুমান করেছিলেন যে আলোর গতি আলোর উত্সের গতি বা পর্যবেক্ষকের অবস্থান নির্বিশেষে সমস্ত জড়ীয় রেফারেন্স ফ্রেমে একই ছিল।

 এই তত্ত্বের ফলাফলগুলি অন্বেষণ করাই তাকে তার বিশেষ আপেক্ষিকতার তত্ত্বটি প্রস্তাব করতে পরিচালিত করেছিল, যা ম্যাক্সওয়েলের বিদ্যুৎ এবং চুম্বকত্বের সমীকরণগুলিকে বলবিদ্যার সূত্রের সাথে মিলিত করেছিল, গাণিতিক গণনাগুলিকে সরল করেছিল এবং আলোর সরাসরি পর্যবেক্ষিত গতির সাথে সামঞ্জস্য রেখেছিল এবং এর জন্য দায়ী ছিল। বিকৃতি পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে।

 এটি আরও প্রমাণ করেছে যে আলোর গতি আলো এবং তড়িৎচুম্বকত্বের প্রেক্ষাপটের বাইরে প্রাসঙ্গিক ছিল। একের জন্য, এটি এই ধারণাটি প্রবর্তন করেছিল যে যখন জিনিসগুলি আলোর গতির কাছাকাছি চলে যায় তখন বড় পরিবর্তন ঘটে, যার মধ্যে একটি চলমান দেহের সময়-স্থান ফ্রেমটি ধীর হয়ে যায় এবং পর্যবেক্ষকের ফ্রেমে পরিমাপ করা হলে গতির দিকে সংকুচিত হয়। কয়েক শতাব্দীর ক্রমবর্ধমান সুনির্দিষ্ট পরিমাপের পর, 1975 সালে আলোর গতি 299,792,458 m/s নির্ধারণ করা হয়েছিল। আইনস্টাইন এবং ফোটন: 1905 সালে, আইনস্টাইন ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশনের আচরণকে ঘিরে অনেক বিভ্রান্তির সমাধান করতেও সাহায্য করেছিলেন যখন তিনি প্রস্তাব করেছিলেন যে ইলেকট্রনগুলি যখন আলো থেকে শক্তি শোষণ করে তখন পরমাণু থেকে নির্গত হয়। আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব হিসাবে পরিচিত, আইনস্টাইন তার ধারণার উপর ভিত্তি করে প্লাঙ্কের "ব্ল্যাক বডিস" - এমন উপাদান যা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক শক্তি শোষণ করেএটি প্রতিফলিত করার পরিবর্তে y (অর্থাৎ সাদা দেহ)। 

সেই সময়ে, আইনস্টাইনের ফটোইলেক্ট্রিক ইফেক্ট ছিল "ব্ল্যাক বডি সমস্যা" ব্যাখ্যা করার প্রয়াস, যেখানে একটি কালো বস্তু বস্তুর তাপের কারণে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন নির্গত করে। পদার্থবিজ্ঞানের জগতে এটি একটি স্থায়ী সমস্যা ছিল, যা ইলেকট্রনের আবিষ্কার থেকে উদ্ভূত হয়েছিল, যা মাত্র আট বছর আগে ঘটেছিল (জেজে থম্পসনের নেতৃত্বে ব্রিটিশ পদার্থবিদদের ধন্যবাদ এবং ক্যাথোড রে টিউব ব্যবহার করে পরীক্ষাগুলি)। সেই সময়ে, বিজ্ঞানীরা এখনও বিশ্বাস করতেন যে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক শক্তি একটি তরঙ্গ হিসাবে আচরণ করে, এবং তাই তারা ধ্রুপদী পদার্থবিজ্ঞানের পরিপ্রেক্ষিতে এটি ব্যাখ্যা করতে সক্ষম হবে বলে আশা করছিল।

 আইনস্টাইনের ব্যাখ্যা এটির সাথে একটি বিরতির প্রতিনিধিত্ব করে, জোর দিয়ে যে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ এমনভাবে আচরণ করে যা একটি কণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল - আলোর একটি পরিমাপকৃত রূপ যাকে তিনি "ফোটন" নাম দিয়েছিলেন। এই আবিষ্কারের জন্য, আইনস্টাইন 1921 সালে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন। তরঙ্গ-কণা দ্বৈত: আলোর আচরণের পরবর্তী তত্ত্বগুলি এই ধারণাটিকে আরও পরিমার্জিত করবে, যার মধ্যে ফরাসি পদার্থবিদ লুই-ভিক্টর ডি ব্রোগলি আলোর কাজ করার তরঙ্গদৈর্ঘ্য গণনা করা অন্তর্ভুক্ত। 

এটি হাইজেনবার্গের "অনিশ্চয়তার নীতি" দ্বারা অনুসরণ করা হয়েছিল (যা বলেছিল যে একটি ফোটনের অবস্থান সঠিকভাবে পরিমাপ করা তার ভরবেগের পরিমাপকে ব্যাহত করবে এবং এর বিপরীতে), এবং শ্রোডিঞ্জারের প্যারাডক্স যা দাবি করেছিল যে সমস্ত কণার একটি "তরঙ্গ ফাংশন" রয়েছে। কোয়ান্টাম যান্ত্রিক ব্যাখ্যা অনুসারে, শ্রোডিঙ্গার প্রস্তাব করেছিলেন যে একটি কণা সম্পর্কে সমস্ত তথ্য (এই ক্ষেত্রে, একটি ফোটন) তার তরঙ্গ ফাংশনে এনকোড করা হয়েছে, একটি জটিল-মূল্যবান ফাংশন যা মহাকাশের প্রতিটি বিন্দুতে একটি তরঙ্গের প্রশস্ততার সাথে প্রায় সাদৃশ্যপূর্ণ। কিছু স্থানে, তরঙ্গ ফাংশনের পরিমাপ এলোমেলোভাবে "পতন" হবে, বা বরং "ডিকোহের" হবে, একটি তীক্ষ্ণভাবে শীর্ষে থাকা ফাংশনে। এটি একটি বদ্ধ বাক্স, একটি বিড়াল এবং বিষের একটি শিশি (যা "শ্রোডিঞ্জারের বিড়াল" প্যারাডক্স নামে পরিচিত) জড়িত শ্রোডিঙ্গার বিখ্যাত প্যারাডক্সে চিত্রিত হয়েছিল। তার তত্ত্ব অনুসারে, তরঙ্গ ফাংশন একটি ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ (ওরফে। 

শ্রোডিঙ্গার সমীকরণ) অনুসারে বিকশিত হয়। ভর সহ কণার জন্য, এই সমীকরণের সমাধান আছে; কিন্তু কোনো ভরবিহীন কণার জন্য কোনো সমাধান ছিল না। ডাবল-স্লিট এক্সপেরিমেন্টের সাথে জড়িত আরও পরীক্ষাগুলি ফোটনের দ্বৈত প্রকৃতি নিশ্চিত করেছে। যেখানে ফোটনগুলি স্লিটের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় পর্যবেক্ষণ করার জন্য পরিমাপ যন্ত্রগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছিল। যখন এটি করা হয়েছিল, ফোটনগুলি কণার আকারে উপস্থিত হয়েছিল এবং স্ক্রিনে তাদের প্রভাবগুলি স্লিটের সাথে মিল ছিল - ছোট কণা-আকারের দাগগুলি সরল উল্লম্ব লাইনে বিতরণ করা হয়েছিল। জায়গায় একটি পর্যবেক্ষণ যন্ত্র স্থাপন করে, ফোটনের তরঙ্গ ফাংশন ভেঙে পড়ে এবং আলো আরও একবার ধ্রুপদী কণা হিসাবে আচরণ করে।

 শ্রোডিঙ্গার দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছে, এটি শুধুমাত্র দাবি করে সমাধান করা যেতে পারে যে আলোর একটি তরঙ্গ ফাংশন রয়েছে এবং এটি পর্যবেক্ষণ করার ফলে আচরণগত সম্ভাবনার পরিসীমা এমন জায়গায় ভেঙে যায় যেখানে এর আচরণ অনুমানযোগ্য হয়ে ওঠে। কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরির (কিউএফটি) বিকাশ পরবর্তী দশকগুলিতে তরঙ্গ-কণা দ্বৈততার চারপাশে অনেক অস্পষ্টতার সমাধান করার জন্য তৈরি করা হয়েছিল। এবং সময়ের সাথে সাথে, এই তত্ত্বটি অন্যান্য কণা এবং ইন্টারঅ্যাকশনের মৌলিক শক্তিগুলিতে (যেমন দুর্বল এবং শক্তিশালী পারমাণবিক শক্তি) প্রয়োগ করতে দেখানো হয়েছিল। আজ, ফোটনগুলি কণা পদার্থবিজ্ঞানের স্ট্যান্ডার্ড মডেলের অংশ, যেখানে তাদের বোসন হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয় - একটি সাবঅ্যাটমিক কণার একটি শ্রেণী যা বল বাহক এবং কোন ভর নেই।

 তাহলে আলো কিভাবে ভ্রমণ করে? মূলত, অবিশ্বাস্য গতিতে ভ্রমণ করা (299 792 458 m/s) এবং ভিন্ন গতিতেতরঙ্গদৈর্ঘ্য, তার শক্তির উপর নির্ভর করে। এটি একটি তরঙ্গ এবং একটি কণা উভয়ের মতোই আচরণ করে, মাধ্যমগুলির (যেমন বায়ু এবং জল) পাশাপাশি স্থানের মাধ্যমে প্রচার করতে সক্ষম। এটির কোন ভর নেই, তবে এটি এখনও শোষিত, প্রতিফলিত বা প্রতিসৃত হতে পারে যদি এটি কোনও মাধ্যমের সংস্পর্শে আসে। এবং শেষ পর্যন্ত, একমাত্র জিনিস যা সত্যই আলোর গতি কমাতে বা আটকাতে পারে তা হল মাধ্যাকর্ষণ (অর্থাৎ একটি ব্ল্যাক হোল)। আলো এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিজম সম্পর্কে আমরা যা শিখেছি তা বিংশ শতাব্দীর গোড়ার দিকে পদার্থবিজ্ঞানে ঘটে যাওয়া বিপ্লবের অন্তর্নিহিত ছিল, এমন একটি বিপ্লব যা আমরা তখন থেকেই লড়াই করে যাচ্ছি।

 ম্যাক্সওয়েল, প্ল্যাঙ্ক, আইনস্টাইন, হাইজেনবার্গ এবং শ্রোডিঞ্জারের মতো বিজ্ঞানীদের প্রচেষ্টার জন্য ধন্যবাদ, আমরা অনেক কিছু শিখেছি, কিন্তু এখনও অনেক কিছু শেখার আছে। উদাহরণস্বরূপ, মহাকর্ষের সাথে এর মিথস্ক্রিয়া (দুর্বল এবং শক্তিশালী পারমাণবিক শক্তি সহ) একটি রহস্য রয়ে গেছে। এটিকে আনলক করা, এবং এইভাবে একটি থিওরি অফ এভরিথিং (ToE) আবিষ্কার করা এমন কিছু যা জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এবং পদার্থবিদরা অপেক্ষা করছেন৷ কোনো একদিন, আমরা হয়তো সবই বুঝতে পারব!