ইলেকট্রন কি সত্যিই গোল? প্রোটন, নিউট্রন বা ইলেকট্রনের মতো অতি খুদে কণাদের নিয়ে কাজ করে কোয়ান্টাম বলবিদ্যা। অদ্ভুত সেই জগতে বিন্দুসম একটি কণা আবার গোল হয় কী করে?

সুকুমার রায়ের বিড়াল হুট করে ‘ম্যাও’ বলে ডেকে উঠেছিল। রুমাল কি কখনো ম্যাও করে ডাকতে পারে? বাস্তবে এটা অসম্ভব। কিন্তু ননসেন্স গদ্যে সবই সম্ভব। আচ্ছা, বিজ্ঞানেও কি এমন ননসেন্স ব্যাপার ঘটতে পারে? তা না হলে শ্রোডিঙ্গারের বিড়াল একই সঙ্গে জীবিত ও মৃত থাকে কী করে!

সুকুমার রায় ছিলেন লেখক। কিন্তু আরউইন শ্রোডিঙ্গার তো পুরোদস্তুর পদার্থবিজ্ঞানী! তিনি কেন এমন আজগুবি বিড়ালের কথা বলতে গেলেন? আসলে শ্রোডিঙ্গারের আর কোনো উপায় ছিল না, ইলেকট্রনের অদ্ভুত আচরণই তাঁকে এমন এক অদ্ভুত বিড়ালের জন্ম দিতে বাধ্য করেছিল। বিশ্ব ইতিহাসের অন্যতম জনপ্রিয় বিড়াল হলো এই শ্রোডিঙ্গারের বিড়াল। অথচ বাস্তবে এর কোনো অস্তিত্বই নেই!

আমাদের মূল প্রশ্ন ছিল, ইলেকট্রন কি একসঙ্গে একাধিক জায়গায় থাকতে পারে? তাহলে এখানে বিড়াল এল কোত্থেকে? আসল কথায় ফেরা যাক। বিজ্ঞানীরা ও জনপ্রিয় বিজ্ঞানের লেখকেরা এটা লিখতে ভালোবাসেন। কিন্তু কথাটা কি আসলেই সত্যি? নাকি শুধুই মিথ?

এর উত্তরও কিন্তু শ্রোডিঙ্গারের বিড়ালের মতোই অদ্ভুত! শ্রোডিঙ্গারের বিড়াল একই সঙ্গে জীবিত ও মৃত। তাই আমাদের মূল কথাটা একই সঙ্গে সত্যি, আবার মিথও। আমি নিজেই শ্রোডিঙ্গারের বিড়াল নামে একটা বই লিখেছি। তাতে বলেছি, ইলেকট্রন একই সঙ্গে একাধিক অবস্থানে থাকতে পারে। বিজ্ঞানীরাও এ কথা বলেন। কিন্তু এটা আসলে একটা মিথ বা প্রচলিত ভুল ধারণা। তবে এই মিথ এতটাই শক্তিশালী যে একে আপনি সহজে ছেঁটে ফেলতে পারবেন না। ইলেকট্রনের অদ্ভুত চরিত্র বোঝাতে এই গল্প আপনাকে করতেই হবে। এখন প্রশ্ন হলো, খোদ বিজ্ঞানীরাও যে কথা বলেন, সেটাকে মিথ বলছি কেন?

কারণ, কোয়ান্টামের জগৎটাই এমন। এর তত্ত্বগুলো অদ্ভুত সব কথা বলে, আবার পরীক্ষাগারে সেগুলোর প্রমাণও মেলে! এ সবকিছুর মূলে রয়েছে ওই বিড়াল এবং সুপারপজিশন নামের একটি বৈজ্ঞানিক ধারণা।

গত শতাব্দীর বিশের দশকে কোয়ান্টাম কণাদের জন্য একটি ওয়েভ ফাংশন দাঁড় করান শ্রোডিঙ্গার। উদ্দেশ্য ছিল ইলেকট্রনের মতো কোয়ান্টাম কণাদের গতিপ্রকৃতি ব্যাখ্যা করা। ঠিক একই সময়ে জার্মান বিজ্ঞানী ওয়ার্নার হাইজেনবার্গ তাঁর অনিশ্চয়তা নীতি তুলে ধরেন। এই নীতি অনুযায়ী, আপনি যদি ইলেকট্রনের অবস্থান নিখুঁতভাবে জানতে চান, তবে এর গতিবেগ অনিশ্চিত হয়ে পড়বে। এই অনিশ্চয়তার ঘোর কীভাবে কাটানো যায়, তার পথই বাতলে দিয়েছিল শ্রোডিঙ্গারের সমীকরণ। প্রশ্নটা ছিল খুব সাধারণ। ইলেকট্রনের গতিবেগ ও অবস্থান যদি এতটাই অনিশ্চিত হয়, তাহলে পরমাণুর ভেতরে ইলেকট্রন ঠিক কোথায় থাকে?

নীলস বোর আগেই দেখিয়েছিলেন, ইলেকট্রন কেবল নির্দিষ্ট কিছু কক্ষপথেই থাকতে পারে। কিন্তু অনিশ্চয়তা নীতি আসার পর শুধু এই উত্তরে কাজ হচ্ছিল না। তাই উত্তরটিকে আরও বিস্তারিত করেন শ্রোডিঙ্গার। তিনি বলেন, ইলেকট্রন কক্ষপথে মেঘের মতো ছড়িয়ে থাকে। কিসের মেঘ? এমন মেঘ, যার জন্য জলীয় বাষ্পের দরকার নেই। মূলত ইলেকট্রনের অবস্থানের অনিশ্চয়তাই এই মেঘ তৈরি করে। সহজ কথায়, শক্তিস্তরের নির্দিষ্ট কোনো বিন্দুতে ইলেকট্রন স্থির থাকে না; বরং প্রতিটি বিন্দুতেই তাকে পাওয়ার একটি সম্ভাবনা থাকে। অর্থাৎ বলা চলে, ইলেকট্রন প্রতিটি বিন্দুতে একই সঙ্গে অবস্থান করে। একেই বলে ইলেকট্রন মেঘ। তাহলে কি ইলেকট্রন সত্যিই একই সঙ্গে একাধিক বিন্দুতে থাকতে পারে?

অনিশ্চয়তা নীতি বলে, ইলেকট্রনের প্রতিটি ধর্মই অনিশ্চিত। তবে পরীক্ষার মাধ্যমে আপনি এই অনিশ্চিত ধর্মগুলোকেই নিশ্চিত করে ফেলতে পারবেন! আপনি যখন ইলেকট্রনকে কোনো একটি নির্দিষ্ট বিন্দুতে দেখতে চাইবেন, তখন তাকে সেই বিন্দুতেই পাবেন। এ ঘটনা কেন ও কীভাবে ঘটে, তার ব্যাখ্যা দেয় শ্রোডিঙ্গারের তরঙ্গ ফাংশন। আপনি যখন নির্দিষ্ট কোনো বিন্দুতে ইলেকট্রনকে পর্যবেক্ষণ করতে চাইবেন, তখন এর তরঙ্গ ফাংশন ভেঙে পড়বে। ফলে সুপারপজিশনও ভেঙে পড়বে। তখন ওই নির্দিষ্ট বিন্দুতেই আপনি ইলেকট্রনকে কণা হিসেবে খুঁজে পাবেন। অন্য সব বিন্দুতে ইলেকট্রনের আর কোনো অস্তিত্ব থাকবে না।

সুপারপজিশন জিনিসটা আসলে কী? এতক্ষণ সুপারপজিশন নিয়ে অনেক কথা হলো। আলোচনা হলো অনিশ্চয়তা নীতি ও তরঙ্গ ফাংশন নিয়েও। কোয়ান্টাম কণাদের আচরণ আসলেই বিচিত্র। এদের প্রতিটি আচরণ ও ধর্মের জন্যই এই কোয়ান্টামের অদ্ভুত তত্ত্বগুলো ঘুরেফিরে আসে। সুপারপজিশনের কথাই ধরুন। ইলেকট্রনের অবস্থান ও ভরবেগ নিয়ে অনিশ্চয়তার শুরু হয়েছিল। এই নীতি অনুসারে, কণাটি আসলে তরঙ্গ নাকি কণা, তা নিয়েও অনিশ্চয়তা আছে। এখানেই আসে সুপারপজিশন। অর্থাৎ ইলেকট্রনকে আপনি কণা হিসেবে দেখতে চাইলে কণা হিসেবেই পাবেন। আবার তরঙ্গ হিসেবে দেখতে চাইলে সেভাবেই পাবেন। কিন্তু যখনই আপনি কোনো একটা নির্দিষ্ট ধর্ম পর্যবেক্ষণ করবেন, তখনই ইলেকট্রনের তরঙ্গ ফাংশন ও সুপারপজিশন ভেঙে পড়বে। শুধু একটি ধর্মই নিশ্চিতভাবে ধরা দেবে, অন্যগুলো আড়ালে চলে যাবে। সুপারপজিশনের এই অদ্ভুত ধারণার কিন্তু অকাট্য প্রমাণও আছে।

সপ্তদশ শতকে ডাচ বিজ্ঞানী ক্রিশ্চিয়ান হাইগেনস প্রথম বলেছিলেন, আলো আসলে একটি তরঙ্গ। এর প্রায় ২০০ বছর পর টমাস ইয়ং একটি দারুণ পরীক্ষার মাধ্যমে প্রমাণ করেন, আলো সত্যিই তরঙ্গ। বিজ্ঞানের ইতিহাসে এই পরীক্ষা ইয়ংয়ের দ্বি–চির পরীক্ষা বা ডাবল স্লিট এক্সপেরিমেন্ট নামে পরিচিত। তবে আলোর তরঙ্গের পাশাপাশি কণা ধর্মও রয়েছে। ১৯০০ সালে এই ধারণার ওপর ভর করেই জন্ম হয়েছিল কোয়ান্টাম বলবিদ্যার। আরও পরে ফরাসি বিজ্ঞানী লুই দ্য ব্রগলি দেখান, ভর আছে এমন বস্তুকণাদেরও তরঙ্গ ধর্ম থাকে। অর্থাৎ আলোর কণা ফোটনের মতো ইলেকট্রনও একই সঙ্গে কণা ও তরঙ্গ হতে পারে।

তাহলে কি ইয়ংয়ের ওই পরীক্ষা ইলেকট্রনের জন্যও করা সম্ভব? ইয়ংয়ের দ্বি–চির পরীক্ষায় একটি দেয়ালের গায়ে পাশাপাশি দুটি সরু ছিদ্র তৈরি করা হয়। ছিদ্র দুটির সামনে ঠিক সমান দূরত্বে একটি আলোর উৎস রাখা হয়। দেয়ালের ওপাশে থাকে একটি পর্দা, যাতে ছিদ্র দিয়ে আসা আলো সেখানে গিয়ে পড়তে পারে। আলো যদি শুধুই কণা হতো, তবে তা দুটি ছিদ্র দিয়ে সোজাসুজি গিয়ে পর্দায় আঘাত করত। পর্দায় কেবল দুটি আলোকিত বিন্দু দেখা যেত। কিন্তু বাস্তবে তা হয় না। দুই ছিদ্র দিয়ে যাওয়া আলো পর্দায় মিলেমিশে তৈরি করে বিশেষ নকশা। একে ব্যতিচার নকশা বলে। পুকুরের পানিতে পাশাপাশি দুটি ঢেউ তৈরি হলে তারা মিলে গিয়ে যেমন নকশা বানায়, ঠিক তেমন। একমাত্র তরঙ্গের ক্ষেত্রেই এমন ঘটনা ঘটা সম্ভব।

এই পরীক্ষার মাধ্যমে ইয়ং প্রমাণ করেছিলেন, আলো আসলে তরঙ্গ। প্রায় দেড় শ বছর পর ১৯৬১ সালে জার্মান বিজ্ঞানী ক্লাউস জনসন পরীক্ষাটি আবার করেন। তবে এবার আলো নয়, ইলেকট্রন দিয়ে!

এই পরীক্ষায় দেখা যায়, আলোর মতোই ইলেকট্রনও তরঙ্গের মতো আচরণ করে দুই ছিদ্র দিয়ে গলে যায়। আর ওপাশের পর্দায় তৈরি করে ব্যতিচার নকশা।

ইলেকট্রন যে একটি কণা, তা নিয়ে কারও কোনো সন্দেহ নেই। এই পরীক্ষার পর এর তরঙ্গ ধর্ম নিয়েও আর কোনো সংশয় রইল না। অর্থাৎ ইলেকট্রন একই সঙ্গে কণা ও তরঙ্গের সুপারপজিশনে থাকে। হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতি ও শ্রোডিঙ্গারের তরঙ্গ ফাংশন ভেঙে পড়ার বিষয়টিও এই পরীক্ষা থেকেই পরিষ্কারভাবে বোঝা যায়।

কীভাবে? ধরা যাক, আপনি কয়েক শ ইলেকট্রনকে একসঙ্গে দুটি ছিদ্রের দিকে ছুড়ে মারলেন। ইলেকট্রনগুলো দুই ছিদ্র দিয়েই প্রবেশ করবে এবং ওপাশের পর্দায় আলোর মতোই ব্যতিচার নকশা তৈরি করবে। ইলেকট্রন যদি কেবল কণা হতো, তবে ছিদ্র বরাবর সোজাসুজি গিয়ে পর্দায় মাত্র দুটি দাগ ফেলত। ইলেকট্রন আসলে তরঙ্গ হিসেবে আচরণ করছে বলেই এমন সুন্দর নকশা পাওয়া যাচ্ছে।

অর্থাৎ দুই ছিদ্রের এই পরীক্ষাব্যবস্থা সাজানোই হয়েছে তরঙ্গ চরিত্র দেখার জন্য। আপনি যখন পরীক্ষাটি এভাবে সাজাচ্ছেন, তখন ইলেকট্রন আপনার কাছে তরঙ্গ হিসেবেই ধরা দিচ্ছে। এর মানে হলো, ইলেকট্রনের কণা ধর্মের ফাংশনটি ভেঙে পড়ছে। সুপারপজিশন ভেঙে গিয়ে শুধু তরঙ্গ ধর্মটিই নিশ্চিত হচ্ছে।

কথা হচ্ছে, এই পরীক্ষায় তো অনেকগুলো ইলেকট্রন একসঙ্গে ব্যবহার করা হলো। এর বদলে যদি একটিমাত্র ইলেকট্রন ছুড়ে দেওয়া হয়, তখন কী হবে? বিজ্ঞানীরা সেটাও পরীক্ষা করে দেখেছেন। তাঁরা একটিমাত্র ইলেকট্রনকে দুটি ছিদ্রের মাঝবরাবর ছুড়ে দেন। ইলেকট্রনটি ওপাশের পর্দায় গিয়ে আঘাত করে। সবচেয়ে বিস্ময়কর ব্যাপার হলো, ওই একটিমাত্র ইলেকট্রনও পর্দায় ব্যতিচার নকশা তৈরি করেছে!

কিন্তু সমস্যা হলো, ব্যতিচার নকশা তৈরি করতে অন্তত দুটি তরঙ্গের মিলন দরকার। একটিমাত্র ইলেকট্রন কীভাবে একা একা এই নকশা তৈরি করল? এটি শুধু তখনই সম্ভব হবে, যদি ওই একটি ইলেকট্রন একই সময়ে একসঙ্গে দুটি ছিদ্র দিয়েই ওপারে যায়! অর্থাৎ এই পরীক্ষায় প্রমাণ হচ্ছে ইলেকট্রন একই সঙ্গে একাধিক জায়গায় থাকতে পারে।

বিজ্ঞানীরা পরীক্ষাটিকে আরও এক ধাপ এগিয়ে নিলেন। তাঁরা একটি ছিদ্র বন্ধ করে দিয়ে দেখলেন, ইলেকট্রন তখন ওই খোলা ছিদ্রটি দিয়ে ঢুকে পর্দায় কেবল একটি বিন্দুর মতোই ছাপ ফেলছে। অর্থাৎ ইলেকট্রন তখন পুরোপুরি কণার মতো আচরণ করছে। যখনই আপনি ইলেকট্রনকে কণা হিসেবে দেখার জন্য পরীক্ষাব্যবস্থা সাজালেন, তখন তার তরঙ্গ ফাংশন ও সুপারপজিশন ভেঙে গেল। সে আপনার কাছে কণা হিসেবেই ধরা দিল। এ ক্ষেত্রে আপনি ইলেকট্রনকে একটা নির্দিষ্ট বিন্দুতেই অবস্থান করতে দেখবেন। অর্থাৎ তরঙ্গ ফাংশন ও সুপারপজিশন ভেঙে যায় বলে এ অবস্থায় ইলেকট্রন শুধু একটা নির্দিষ্ট বিন্দুতেই অবস্থান করে।

তাহলে ইলেকট্রন কি আসলেই একই সময়ে দুটি আলাদা জায়গায় থাকতে পারে?

এককথায় এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়া কঠিন। কারণ, ইলেকট্রন দেখতে আমাদের পরিচিত জগতের কোনো মার্বেল বা বলের মতো নয়। কোয়ান্টাম জগতে কণাদের সংজ্ঞাই আলাদা। মহাবিশ্বজুড়ে ছড়িয়ে থাকা বিভিন্ন বলক্ষেত্রের একেকটি নির্দিষ্ট স্পন্দনই আমাদের কাছে একেকটি কণা হিসেবে প্রকাশ পায়।

আসলে কোয়ান্টাম জগৎ দাঁড়িয়ে আছে কিছু জটিল গাণিতিক ভিত্তির ওপর। আমাদের সাধারণ জগতের অভিজ্ঞতা দিয়ে এই জগৎ পুরোপুরি ব্যাখ্যা করা কঠিন। এখানে ওয়েভ ফাংশন নামের গাণিতিক ধারণাটিই মূল জাদুকর। কণারা ইচ্ছা করে ভুতুড়ে আচরণ করে, তা নয়; তাদের প্রকৃতিটাই অমন। একই কণা একই সময়ে একাধিক জায়গায় থাকতে পারে—কথাটি শুনতে রোমাঞ্চকর লাগলেও বাস্তবে ব্যাপারটি ঠিক এমন নয়। বিজ্ঞানীরা হিসাবের সুবিধার্থে বা সুপারপজিশন বোঝানোর খাতিরে এমনটা বললেন। কোয়ান্টামের এই ব্যাপার আক্ষরিক অর্থে বিবেচনা না করাই ভালো। এটি একধরনের বিমূর্ত গাণিতিক ধারণা। তাই একে কোয়ান্টাম জগতের অন্যতম বড় মিথ বলা যায়।