সম্প্রসারিত মহাবিশ্ব

ডাচ জ্যোতির্বিজ্ঞানী উইলেম ডি সিটার ১৯১৫ থেকে ১৯৩০ সালের আবিস্কার এবং অভ্যুত্থানের সময়কে পদার্থবিদদের কাছে সবচেয়ে সেরা সময় বলে চিহ্নিত করেছিলেন। আপেক্ষিকতা এবং কোয়ান্টাম তত্ত্বগুলিতে, অ্যালবার্ট র্আইনস্টাইন থেকে শুরু করে পদার্থবিদরা শক্তি, পদার্থ, মাধ্যাকর্ষণ, এমনকি স্থান এবং সময়ের সম্পূর্ণ নতুন এবং আশ্চর্যজনক ব্যাখ্যা দিয়েছিলেন। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা যখন এই নতুন আবিষ্কৃত বিষয় গুলো তাদের প্রস্তাবিত সৃষ্টিতত্ত্বে প্রয়োগ করতে শুরু করলেন তখন ই তাদের প্রস্তাবিত অনেক মডেল ভুল প্রমাণিত হলো। বিজ্ঞানীদেএ এই উপলব্ধি প্রথম বিশ্বযুদ্ধের পর আরও বিস্তৃত হয়। ২০ শতকের গোড়ার দিকে সাধারণ ওয়ার্ল্ডভিউ অনুযায়ী বিশ্বাস করা হতো যে মহাবিশ্ব স্থির এবং অসীম,অনন্ত। আইনস্টাইন ১৯১৭ সালে এ নিয়ে সাধারণ মতামত প্রকাশ করেছিলেন তখন ডি সিটার এমন সমীকরণ তৈরি করেছিলেন যা মহাবিশ্বকে সম্প্রসারিত হচ্ছে এমন বর্ণনা দেয়, এবং এই সমীকরণ এ এটাও বোঝা যায় সে মহাবিশ্বের শুরু রয়েছে । আইনস্টাইন এ নিয়ে ডি সিটার কে লিখেছিলেন ❝এসব পরিস্থিতি আমাকে বিরক্ত করে।❞ অন্য একটি চিঠিতে, আইনস্টাইন আরও বলেছিলেন: 

এই ধরনের সম্ভাবনাগুলি স্বীকার করা আমার কাছে অর্থহীন বলে মনে হয়। 

1916 সালে প্রথম বিশ্বযুদ্ধের মাঝামাঝি সময়ে, আইনস্টাইন হল্যান্ডে উইলেম ডি সিটারের সাথে দেখা করেছিলেন। তারা একে অপরকে উদ্দীপিত এবং সমালোচনা করে, দুজনে দুটি মহাজাগতিক মডেল তৈরি করেছিল, সমস্যার জন্য সমীকরণের দুটি ভিন্ন সমাধান। কিন্তু তখন উভয় মডেলের বিশেষ সমন্বয় প্রয়োজন বলে মনে করা হচ্ছিলো। ডি সিটারের মডেলটি স্থিতিশীল হতে পারে যদি এতে কোন সমস্যা না থাকে। ডি সিটার আশা করেছিলেন যে তার মডেলটি মহাবিশ্বকে বর্ণনা করার ক্ষেত্রে কোন না কোনোওভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ করা যেতে পারে, যদি পদার্থের ঘনত্ব শূন্যের কাছাকাছি থাকে। একইভাবে আইন্সটাইনের মডেলে আইনস্টাইন তার প্রথম চেষ্টায় মহাবিশ্ব কে স্থিতিশীল প্রমাণ করতে পারেনি। আইনস্টাইন জেনারেল রিলিটিভিটি প্রবন্ধে তার আপেক্ষিকতার সুত্রকে মহাবিশ্বের জন্য সার্বজনীন রূপ দিতে গিয়ে দেখেন যে এই মহাবিশ্বের গ্রহ নক্ষত্রে যদি গ্রাভিটির পরিমান বেশী থাকতো তাহলে গ্রহ নক্ষত্র সব মহাকর্ষীয় আকর্ষনের জন্য একটা একটাকে আকর্ষন করে একীভূত হয়ে যেত, মানে চন্দ্র সূর্য পৃথিবী মংগল সব একসাথে মিশে আমাদের মোটামুটি কেয়ামত হয়ে যেত। কিন্তু সেরকম কিছু হচ্ছে না দেখে উনার ধারনা হল মহাবিশ্ব অসম্প্রসারণশীল এবং স্থির হয়ে আছে আর এই স্থির হওয়া মহাবিশ্বকে ব্যাখ্যা করার জন্য তিনি একটা ইকুয়েশন লিখলেন যেখানে তিনি একটা ধ্রূবক টানলেন যার কাজ হলো এন্টি গ্রাভিটির মতো কাজ করা এবং এই মহাবিশ্বটাকে স্থির রাখা। আর নাম দিলেন কসমোলজিক্যাল কনস্ট্যান্ট। সূচিত করলেন ল্যামডা(Λ) দিয়ে।

  আইন্সটাইন এবং উইলেম ডি সিডার সূত্রঃ AIP

দূরবর্তী নীহারিকা থেকে আলোঃ

বিজ্ঞানীদের স্থির মহাবিশ্বে থাকা বিশ্বাস শুধুমাত্র কিছু পর্যবেক্ষণের দ্বারা সম্পূর্ণ পরিবর্তন হয়ে যায়। এই পর্যবেক্ষণগুলির মধ্যে প্রথমটি ইতিমধ্যেই ১৯১৫ সালে রিপোর্ট করা হয়েছিল। সম্ভবত এই পর্যবেক্ষণটি আইনস্টাইনের কাছে অজানা ছিল সেজন্যই যখন তিনি তার তত্ত্ব তৈরি করছিলেন তখন ডি সিটারের সাথে মিল রেখেছিলেন। প্রথম বিশ্বযুদ্ধ ইংরেজি-ভাষী দেশ এবং জার্মানির মধ্যে যোগাযোগ ব্যাহত করেছিল, যেখানে আইনস্টাইন কাজ করেছিলেন সেখানেও নিষেধাজ্ঞা আরোপ করা হয়েছিলো।

অ্যারিজোনার লোয়েল অবজারভেটরিতে প্রথম পর্যবেক্ষণটি করা হয়। এর প্রতিষ্ঠাতা, পার্সিভাল লোয়েল, সন্দেহ করেছিলেন যে একক প্রজাতির নীহারিকা থেকে আলোতে দেখা বর্ণালী রেখাগুলি, "প্ল্যানেটারি" নীহারিকা/সর্পিল নীহারিকাগুলির বর্ণালীতেও পাওয়া যেতে পারে। ১৯০৯ সালে লোয়েল তার সহকারী ভেস্টো স্লিফারকে সর্পিল নীহারিকাগুলির বর্ণালী সনাক্ত করতে বলেন। স্লিফার ও প্রাথমিকভাবে মনে করেছিলেন যে এটি করা যেতে পারে। তারপরে তিনি বুঝতে পারলেন যে নীহারিকাদের জন্য তাদের বর্ধিত পৃষ্ঠতল সমৃদ্ধ লেন্স প্রয়োজন। 

একটি নতুন ক্যামেরার সাহায্যে ১৯১২ সালের ১৭ ই সেপ্টেম্বর রাতে স্লিফার এন্ড্রোমিডা নেবুলার জন্য একটি স্পেকট্রোগ্রাম ব্যবহার করে দেখা যায় এর গতি ৩০ ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি পায় । স্পেকট্রোগ্রাম আরও নির্দেশ করে যে নীহারিকা আশ্চর্যজনকভাবে উচ্চ বেগে আমাদের সৌরজগতের কাছে আসছে। স্লিফার একাধিক রাতে একই ফটোগ্রাফিক প্লেট উন্মোচিত করে আরও পর্যবেক্ষণ করেছেন (উদাহরণস্বরূপ, ২৯, ৩০এবং ৩১ ডিসেম্বর ১৯১২)। তিনি দেখতে পান নীহারিকাগুলি গড়ে ৩০০ কিমি/সেকেন্ড বেগ প্রাপ্ত হয়। পরের দুই বছরে, স্লিফার অন্যান্য সর্পিল নীহারিকাগুলির বেগ পরিমাপ করেছে। প্রথম কয়েকটি পরিমাপে দেখা যায় আমাদের গ্যালাক্সির দক্ষিণ দিকের নীহারিকাগুলি কাছে আসছে এবং বিপরীত দিকের নীহারিকাগুলিকে পিছন সরে যাচ্ছে। স্লিফার একটি "ড্রিফট" হাইপোথিসিস তৈরি করেছে। তিনি ভেবেছিলেন যে আমাদের ছায়াপথ নীহারিকাগুলির সাপেক্ষে, দক্ষিণের দিকে এবং উত্তর থেকে দূরে সরে যাচ্ছে। তিনি যুক্তি দিয়েছিলেন, অন্ততপক্ষে দক্ষিণ দিকে নীহারিকাগুলির কাছাকাছি আসার কারণ বিজ্ঞানীরা খুঁজে পাবে, যা পর্যবেক্ষণ করে তিনি ভেবেছিলেন যে আমাদের ছায়াপথ স্থিতিশীল নয়।

সর্পিল নীহারিকাতে উপলব্ধ বেগের একটি ভিন্ন ব্যাখ্যা শীঘ্রই পাওয়া গেল। ডি সিটারের স্থিতিশীল মহাবিশ্বের মডেলে ক্রমবর্ধমান দূরত্বের সাথে হালকা কম্পনের ফ্রিকোয়েন্সি ছিল। স্লিফার এই নিয়মটা ব্যবহার করে নীহারিকার বেগ গণনা করেছিলেন যে আলোর উৎস যদি দ্রুত দূরে সরে যায় তবে পর্যবেক্ষণ করা আলোর ফ্রিকোয়েন্সির পরিবর্তিত হবে - তবে সম্ভবত এটি একটি বিভ্রম ছিল। সম্ভবত দূরবর্তী বস্তুগুলি সত্যিই প্রবল গতিতে পিছিয়ে যাচ্ছিল না, তবে কেবলমাত্র একটি ভিন্ন কম্পাঙ্কের আলো নির্গত করছিল।

পুনরায় হাবলঃ

১৯২৮ সালে এডউইন হাবল সেই বছর হল্যান্ডে অনুষ্ঠিত ইন্টারন্যাশনাল অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল ইউনিয়নের একটি সভায় যোগদান করেন। সেখানে হাবল ডি সিটারের সাথে মহাজাগতিক তত্ত্ব নিয়ে আলোচনা করেন। হাবল মাউন্ট উইলসন অবজারভেটরিতে ফিরে আসেন ডি সিটারের তত্ত্ব পরীক্ষা করার জন্য। হাবল তার সহকারী মিল্টন হুমাসনকে নিয়ে আবিষ্কার করেন রেড শিফট বা লাল অপসারণ।বিজ্ঞানী হাবল দূরবর্তী গ্যালাক্সি থেকে আগত আলো এবং তাদের বর্ণালির অন্ধকার অঞ্চল নিয়ে গবেষণা করলেন। তিনি দেখতে পেলেন, বর্ণালির অন্ধকার অঞ্চলটি নিয়মতান্ত্রিকভাবে ক্রমেই বড় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দিকে সরে যাচ্ছে। অনেকগুলো গ্যালাক্সির বর্ণালি গভীরভাবে পর্যবেক্ষণ ও বিশ্লেষণ করে তিনি এই সিদ্ধান্তে আসলেন যে, গ্যালাক্সিগুলোর ক্রম-অপসারণ বেগের কারণেই বর্ণালিতে এই সরণ ঘটছে। এই সরণই হলো লাল সরণ বা রেড শিফট। বর্ণালির অন্ধকার অংশের সরণ হচ্ছে বড় তরঙ্গের দিকে, আর দৃশ্যমান আলোতে লাল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যই সবচেয়ে বড়, তাই এই সরণের নাম দেয়া হয়েছে লাল সরণ। ১৯২৯ সালে তিনি মহাবিশ্ব সম্প্রসারণের মতবাদ উপস্থাপন করেন।তার মতবাদ অনুসারে-

১) গভীর মহাকাশে যে সব বস্তু দেখা যায় তা পৃথিবীর সাপেক্ষে এবং একে অপরের সাপেক্ষে একটি আপেক্ষিক বেগে চলে

২) আর এই বেগ পৃথিবী থেকে তাদের দূরত্বের সমানুপাতিক। 

হাবলের এই নীতি অনুসারে,V=H০D। অর্থাৎ গ্রহগুলো পরস্পর থেকে দূরে সরে যাওয়ার হার তাদের মধ্যকার দূরত্বের সমানুপাতিক।এখানে H বা H০ একটি সমানুপাতিক ধ্রুবক,যা হাবলের ধ্রুবক নামে পরিচিত।বস্তুত পর্যবেক্ষণের উপযুক্ত মহাকাশ দিনে দিনে আয়তনে সম্প্রসারিত হচ্ছে এবং এ প্রকিয়ার সরাসরি সম্পর্ক প্রকাশ করে হাবলের এই নীতি।এটা প্রথম পর্যবেক্ষণশীল ভিত্তি যা সম্প্রসারিত মহাকাশ তত্ত্বকে প্রমাণ করে এবং বর্তমানে বিগ ব্যাং মডেল তত্ত্বের সমর্থনে অন্যতম প্রমাণ হিসেবে কাজ করে। পরবর্তীতে ১৯৩০ সালের প্রথম দিকে রয়্যাল অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল সোসাইটির লন্ডনে একটি বৈঠকে , ডি সিটার স্বীকার করেন যে ক্ষেত্র সমীকরণের জন্য তার বা আইনস্টাইনের সমাধান পর্যবেক্ষণ করা মহাবিশ্বের প্রতিনিধিত্ব করতে পারে না।

রেফারেন্সঃ

1. Earman, J. (2001). Lambda: The constant that refuses to die. Archive for History of Exact Sciences, 55(3), 189-220.

2. Lemaître, G. (2019). Learning the Physics of Einstein with Georges Lemaître: Before the Big Bang Theory. Springer Nature.