কোয়ান্টাম জগৎ: শূন্যস্থান কেন পুরোপুরি ফাঁকা নয়

হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতির কল্যাণে আমরা জানি, কোয়ান্টাম জগতে কোনো কোয়ান্টাম কণার অবস্থান ও ভরবেগ একই সময়ে নিখুঁতভাবে জানা যায় না। কোয়ান্টাম জগতে অবস্থান ও ভরবেগকে বলা হয় পরিপূরক রাশি। এর মানে হলো, দুটিকে একই সঙ্গে পুরোপুরি নির্ভুলভাবে মাপা সম্ভব নয়।

কিন্তু কোয়ান্টাম জগতে আরও এক জোড়া পরিপূরক রাশি আছে। অবস্থান ও ভরবেগের মতো তারা অতটা বিখ্যাত নয়। কিন্তু আমাদের মহাবিশ্বের জন্য তাদের গুরুত্ব অনেক বড়। কোয়ান্টাম জগতে শক্তি ও সময়ও পরিপূরক রাশি। অবস্থানের সঙ্গে ভরবেগের যে সম্পর্ক, শক্তির সঙ্গে সময়ের সম্পর্কও অনেকটা তেমনই। অবস্থানকে শক্তি দিয়ে এবং ভরবেগকে সময় দিয়ে বদলে দিলে আমরা পেয়ে যাই একই রকম সহজ, অথচ দারুণ গুরুত্বপূর্ণ আরেকটি নীতি। সেটি হলো শক্তি-সময় অনিশ্চয়তা নীতি। এটিকেও একটি ছোট্ট সমীকরণে লেখা যায়: ΔE · Δt ≥ ħ/2।

এবার আমাদের সেই দাঁড়িপাল্লার কথা মনে করো। এক পাশে রয়েছে শক্তির অনিশ্চয়তা ΔE এবং সময়ের অনিশ্চয়তা Δt-এর গুণফল। অন্য পাশে রয়েছে ħ/2। দুটো পাশের মধ্যে ভারসাম্য বজায় থাকে। এই দুই রাশির জোড়ার ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। শক্তি ও সময়—দুটিকে একই সঙ্গে পুরোপুরি নিশ্চিতভাবে জানা যায় না। কোনো কোয়ান্টাম ব্যবস্থা—অর্থাৎ এক বা একাধিক কোয়ান্টাম কণার সমষ্টি—কত শক্তি ধারণ করছে, তা যত বেশি নিশ্চিতভাবে জানা যাবে, সেটি কতক্ষণ অস্তিত্বশীল থাকবে, সে সম্পর্কে তত কম নিশ্চিত হওয়া যাবে। আবার উল্টোটাও সত্যি।

এক পাশে রয়েছে শক্তির অনিশ্চয়তা ΔE এবং সময়ের অনিশ্চয়তা Δt-এর গুণফল। অন্য পাশে রয়েছে ħ/2। দুটো পাশের মধ্যে ভারসাম্য বজায় থাকে।

শক্তি-সময় অনিশ্চয়তা নীতির একটি সরাসরি ফল হলো কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের সম্ভবত সবচেয়ে চমকে দেওয়া পূর্বাভাস। চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের একটি বহুদিনের বিশ্বাসকে যেন সেটা ভেঙে চুরমার করে দেয়। সেই বিশ্বাসটা হলো—শক্তি শুধু এক রূপ থেকে অন্য রূপে বদলাতে পারে; নতুন করে তৈরি হতে বা একেবারে ধ্বংস হয়ে যেতে পারে না। আমাদের চিরায়ত জগতে আমরা জানি, কোনো ব্যবস্থার মোট শক্তি সব সময় সংরক্ষিত থাকে।

একটি রোলার কোস্টারের কথা ভাবো। সেটি যখন অনেক উঁচু থেকে নিচের দিকে ছুটে আসে, তখন তার গতি বাড়তে থাকে। তার মহাকর্ষীয় বিভবশক্তি বদলে যায় গতিশক্তিতে। আবার চাকার সঙ্গে ট্র্যাকের ঘর্ষণের কারণে সেই শক্তির কিছুটা তাপে পরিণত হয়ে ছড়িয়ে পড়ে।

অর্থাৎ এক ধরনের শক্তি অন্য ধরনের শক্তিতে বদলে যাচ্ছে। কিন্তু ব্যবস্থাটির মোট শক্তির পরিমাণ সব সময় একই থাকছে। কিন্তু কোয়ান্টাম জগতে শক্তি সংরক্ষণের এই কঠোর নিয়ম সব সময় হুবহু মানা হয় না।

শক্তি-সময় অনিশ্চয়তা নীতি বলছে, কোনো কোয়ান্টাম কণা যত কম সময়ের জন্য অস্তিত্বশীল থাকে, তার শক্তি সম্পর্কে আমাদের অনিশ্চয়তা তত বেশি হয়। আর এখান থেকেই সম্ভব হয় কোয়ান্টাম ওঠানামা বা কোয়ান্টাম ফ্ল্যাকচুয়েশন। এর ফলে কোয়ান্টাম কণা যেন একেবারে শূন্য থেকে হঠাৎ অস্তিত্বে চলে আসতে পারে!

শক্তি-সময় অনিশ্চয়তা নীতি বলছে, কোনো কোয়ান্টাম কণা যত কম সময়ের জন্য অস্তিত্বশীল থাকে, তার শক্তি সম্পর্কে আমাদের অনিশ্চয়তা তত বেশি হয়।

কোয়ান্টাম জগতে একমাত্র শর্ত হলো, তৈরি হওয়ার সময় কণাটি যে পরিমাণ শক্তি ধার নেবে, ΔE, সেটি আবার ফিরিয়ে দিতে হবে অবিশ্বাস্য রকম অল্প সময়ের মধ্যে, Δt। মানে হলো ΔEΔt ≥ ħ/2। এই সময়ের মধ্যেই কণাটিকে আবার ধ্বংস হয়ে সেই শক্তির ঋণ শোধ করতে হবে।

এই ভার্চুয়াল কণাগুলো আমাদের মহাবিশ্বের প্রতিটি কোণে সব সময়ই যেন হঠাৎ জন্ম নিচ্ছে। তারপর মহাবিশ্ব টের পাওয়ার আগেই নিজেদের ধ্বংস করে সেই শক্তির ঋণ শোধ করে দিচ্ছে। এমনকি পদার্থও তার প্রতিপদার্থের সঙ্গে জোড়া বেঁধে হঠাৎ অস্তিত্বে আসতে পারে। তারপর মাত্র কয়েক মুহূর্তের মধ্যেই তারা একে অপরকে ধ্বংস করে দিতে পারে।

এর ফল হলো, শূন্যস্থানকে আমরা যতই নিখুঁতভাবে ফাঁকা করার চেষ্টা করি না কেন, কোয়ান্টাম মাত্রায় স্থান কখনোই পুরোপুরি ফাঁকা হতে পারে না। কারণ সেখানে অসংখ্য ভার্চুয়াল কণা ও প্রতিকণার জোড়া চোখের পলকের মতো ক্ষণিকের জন্য সৃষ্টি হচ্ছে এবং আবার অদৃশ্য হয়ে যাচ্ছে। যেমন, ইলেকট্রন ও পজিট্রন। পজিট্রন হলো ইলেকট্রনের প্রতিকণা। এর ভর ইলেকট্রনের সমান, কিন্তু আধান বিপরীত।

কোয়ান্টাম জগতে একমাত্র শর্ত হলো, তৈরি হওয়ার সময় কণাটি যে পরিমাণ শক্তি ধার নেবে, ΔE, সেটি আবার ফিরিয়ে দিতে হবে অবিশ্বাস্য রকম অল্প সময়ের মধ্যে, Δt। মানে হলো ΔEΔt ≥ ħ/2।

এবার কল্পনা করো, একটি ইলেকট্রনের আকারের রোলার কোস্টারে চড়ে বসেছো তুমি। সে একেবারে দুর্দান্ত এক যাত্রা হবে! কারণ এত স্বল্প সময়ের ব্যবধানে সেই ব্যবস্থার মোট শক্তিও বারবার ওঠানামা করবে। এই কোয়ান্টাম রোলার কোস্টার কখনোই পুরোপুরি থামতে পারবে না, যাতে তুমি নেমে আসতে পারো। কারণ তার চারপাশে ভার্চুয়াল ইলেকট্রন ও পজিট্রন হঠাৎ হঠাৎ তৈরি হতে থাকবে। সেই কণাগুলো রোলার কোস্টারটিকে শক্তির ছোট ছোট ধাক্কা দেবে। ফলে সেটি হয়তো হঠাৎ নিজের থেকেই একের পর এক চক্কর খাওয়াতে শুরু করবে! তারপর সেই ভার্চুয়াল কণা ও প্রতিকণাগুলো নিজেরাই একে অপরকে ধ্বংস করে আবার শূন্যে মিলিয়ে যাবে।

ড্যানি হোমসের ওয়ান্ডার অব কোয়ান্টাম ওয়ার্ল্ডস অবলম্বনে