অধ্যায়-৯ – ব্ল্যাকহোল চিরস্থায়ী নয়

অধ্যায়-৯ – ব্ল্যাকহোল চিরস্থায়ী নয়

পূর্বের অধ্যায়ে আমরা দেখলাম যে, এক বিলিয়ন বিলিয়ন বিলিয়ন (১০^২৭) বছর পর বা তারও কিছু বছর পর মহাবিশ্বে দুই শ্রেণির ব্ল্যাকহোল (কৃষ্ণগহ্বর) থাকবে। প্রথমত বৃহদাকৃতির কিছু ব্ল্যাকহোল (কৃষ্ণগহ্বর), যেমন—গ্যালাটি এবং সুপারগ্যালাটিক ব্ল্যাকহোল। অন্য আরেক শ্রেণির ব্ল্যাকহোল হবে একাকী বিচরণকারী নাক্ষত্রিক আকৃতির “ব্ল্যাকহোল। এরা বিক্ষিপ্ত নক্ষত্র হতে সৃষ্টি হয়েছে। গ্যালাক্সিগুলো একটি একক কৃষ্ণগহ্বর বা ব্ল্যাকহোলে পরিণত হওয়ার সময় গ্যালাক্সিদের যে গতিশীল বিবর্তন প্রক্রিয়া সৃষ্টি হয়েছিল তখন এসব নক্ষত্র গ্যালাক্সি হতে বিক্ষিপ্ত হয়েছিল। অবশ্য আরও কিছু শীতল শ্বেতবামন, নিউট্রন নক্ষত্র এবং অন্যান্য ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র খণ্ড বস্তু আন্তঃছায়াপথীয় শূন্যস্থানে একা একা ঘুরে বেড়াবে। শাস্ত্রীয় বা চিরায়ত পদার্থবিদ্যা অনুসারে ব্ল্যাকহোল, শ্বেতবামন ও নিউট্রন নক্ষত্রেরা চিরস্থায়ী হবে। এদের মধ্যে অতি ক্ষুদ্র পরিবর্তন ঘটতে পারে। সম্ভবত ‘চিরায়ত’ পদার্থ বিদ্যা বলতে কী বোঝায় তা আমাদের একটু ব্যাখ্যা করা উচিত। এখানে ক্ল্যাসিক্যাল (চিরায়ত)’ শব্দটি ক্ল্যাসিক্যাল গ্রিসকে নির্দেশ করে না বরঞ্চ একটি অত্যাধুনিক সময় কালকে নির্দেশ করে। এক অর্থে বলা যেতে পারে আধুনিক পদার্থবিদ্যা শুরু হয়েছিল ইতালীয় গণিতবিদ, জ্যোতির্বিদ ও পদার্থ বিজ্ঞানী গ্যালিলিও গ্যালিলি (১৫৬৪-১৬৪২) এবং ইংরেজ বিজ্ঞানী নিউটনের উদ্ভাবনী কাজের সময় থেকে। ঊনবিংশ শতাব্দীর শেষ পর্যন্ত গ্যালিলিও ও নিউটনের প্রস্তাবিত যান্ত্রিক মূলনীতির ওপর ভিত্তি করে পদার্থবিদ্যা, রসায়নবিদ্যা ও জ্যোতির্বিদ্যা প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। কিন্তু বিংশ শতাব্দীতে প্রমাণিত হয়েছিল যে, আণুবীক্ষণিক বিষয়গুলো যেমন কণার বিক্রিয়া এবং কণার উচ্চ গতিবেগ শক্তিশালী মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের সম্পর্কগুলো গ্যালিলিও এবং নিউটনের পদার্থবিদ্যার সূচক দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না। এসব বিষয় ব্যাখ্যার জন্য যথাক্রমে কোয়ান্টাম বিদ্যার এবং আইনস্টাইনের সাধারণ ও বিশেষ আপেক্ষিক তত্ত্বের প্রয়োজন। যে পদার্থবিদ্যা গ্যালিলিও নিউটনের তত্ত্বের ওপর ভিত্তি করে গড়ে উঠেছিল এবং যা ঊনবিংশ শতাব্দীর শেষ পর্যন্ত অধিকাংশ বিষয় ব্যাখ্যা করেছিল তাই চিরায়ত পদার্থবিদ্যা। এখানে অত্যাধুনিক কোয়ান্টাম বিদ্যা এবং আপেক্ষিক তত্ত্বের সঙ্গে চিরায়ত পদার্থবিদ্যার বৈসাদৃশ্য রয়েছে।

কোয়ান্টাম বিদ্যার তত্ত্ব অনুসারে আণুবীক্ষণিক কণা, ব্ল্যাকহোল, শ্বেতবামন ও নিউট্রন নক্ষত্রের আরও পরিবর্তন ঘটবে। কিন্তু চিরায়ত পদার্থবিদ্যা দূর ভবিষ্যতে এদের আরও পরিবর্তনের কথা বলে না। এক্ষেত্রে চিরায়ত পদার্থবিদ্যায় কোয়ান্টাম বিদ্যা কিছু বিষয় সংযোজন করেছিল। পরবর্তী অধ্যায়ে শ্বেতবামন, নিউট্রন নক্ষত্ৰ এবং পদার্থের অন্যান্য কণা নিয়ে আলোচনা করা হবে। এ অধ্যায়ে কোয়ান্টাম তত্ত্বানুসারে ব্ল্যাকহোলের সুদীর্ঘ ভবিষ্যৎ নিয়ে আলোচনা করা হবে। ক্যামব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের এস. ডব্লিউ হকিংস কোয়ান্টাম তত্ত্ব অনুসারে আবিষ্কার করেছিলেন যে, ব্ল্যাকহোল বা কৃষ্ণগহ্বর পুরোপুরি কালো নয় বরং অতি অল্প পরিমাণে বিকিরণ নির্গত করে (নাক্ষত্রিক আকৃতির এবং বৃহদাকার ব্ল্যাকহোলের ক্ষেত্রে)। বিকিরণের মাধ্যমে ব্ল্যাকহোল তার ভর হারায় এবং ক্ষুদ্র হতে থাকে। অবশেষে বিকিরণের একটি চূড়ান্ত ঝলক শেষে ব্ল্যাকহোলটি অদৃশ্য হয়ে যায়।

কোয়ান্টাম তত্ত্ব অনুসারে শূন্যস্থান মূলত শূন্য নয় বরং ওই স্থানে রয়েছে কিছু অবাস্তব কণা ও বিপরীত কণার জোড়া। এরা অবিরত সৃষ্টি আর ধ্বংস হচ্ছে। যেমনটি পূর্বেই উল্লেখ করা হয়েছিল যে, প্রকৃতিতে প্রতিটি কণারই একটি বিপরীত বা প্রতিকণা রয়েছে। আধানের দিক থেকে কণা ও প্রতিকণা পরস্পর বিপরীতধর্মী, কিন্তু এদের ভর একই। এরা অবিকৃত শক্তি ও বিকিরণ হতে জোড়ায় জোড়ায় সৃষ্টি হতে পারে। শূন্যস্থানের এসব কণা ও বিপরীত কণাদের অবাস্তব বলা হয় কারণ এদেরকে কণা আবিষ্কার যন্ত্র দ্বারা শনাক্ত করা যায় না। এদের পরোক্ষ প্রভাব থেকে এদেরকে পরিমাপ করা যেতে পারে। হাইড্রোজেনের পরমাণুর (উত্তেজিত অবস্থার ওপরে এদের (ইলেকট্রন ও পজিট্রন) প্রভাব পড়ে। এই অবস্থায় হাইড্রোজেনের বিকিরণ বর্ণালিতে একটি পরিবর্তন ঘটে যাকে ‘ল্যাম্বের পরিবর্তন’ বলে। এসব অবাস্তব কণা উৎপাদনের জন্য যে পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন তা জাৰ্মান পদার্থবিজ্ঞানী কার্ল হাইসেনবার্গের (১৯০০-১৯৭৬) অনিশ্চয়তার সূত্র থেকে জানা যায়। অন্যান্য বিষয়ের মধ্যে এই সূত্রের মূল বিষয় হল এই যে, যদি একটি অবস্থার জীবনকাল অল্প সময়ের জন্য হয় তাহলে এর অস্তিত্বের অল্প সময়ের ওপর নির্ভর করে এর শক্তি হবে আবশ্যকীয়ভাবে অনিশ্চিত। সুতরাং কণার জীবনকাল যত কম, তার শক্তির অনিশ্চয়তার পরিমাণ তত বেশি। অনিশ্চয়তার সূত্রানুযায়ী এসব কণার জীবনকাল অল্প হলেও তাদের অস্তিত্বের জন্য ‘শূন্যস্থানের বিক্ষোভ’ থেকে শক্তি ধার করে নিতে পারে। এবার একটি ব্ল্যাকহোল বিবেচনা করা যাক। ব্ল্যাকহোলটির শোয়ার্জশিল্ড ব্যাসার্ধের বাহিরে অর্থাৎ গহ্বরের ঘটনা দিগন্তের ঠিক বাহিরে ‘শূন্যস্থানের বিক্ষোভ’ রয়েছে। ব্ল্যাকহোলের উপস্থিতির জন্য ওই জোড়া অবাস্তব কণার একটি তার সঙ্গীকে একা রেখে ব্ল্যাকহোলটির মধ্যে পড়ে যেতে পারে। আর পরিত্যাক্ত কণা বা প্রতিকণাটি তার সঙ্গীর পেছন পেছন সেও ঘটনা দিগন্তে প্রবেশ করতে পারে অথবা চলে যেতে পারে মহাশূন্যের আশেপাশে। এই পরিত্যাক্ত কণাটি মহাশূন্যের সেখানেই যাবে মনে হবে ব্ল্যাকহোল থেকে বিকিরণ বেরিয়ে আসছে (৯.৩ নম্বর চিত্র দ্রষ্টব্য)। অন্যভাবে বলা যায় এই অবাস্তব কণাটি এখন হয়ে গেছে বাস্তব কণা। তাই তার শক্তি আর পূর্বের মত অনিশ্চয়তার সূত্রানুসারে ধারকৃত শক্তি নয়।

চিত্র-৯.১ : কোয়ান্টাম বলবিদ্যায় অনিশ্চয়তার সূত্রানুসারে ইলেকট্রনের মত মৌলিক কণাসমূহ তাদের প্রতিকণাসহ শূন্যস্থানে আবির্ভূত হয় (ইলেকট্রন কণার প্রতিকণা হচ্ছে পজিট্রন। ইলেকট্রন ঋণাত্মক আধানযুক্ত এবং পজিট্রন ধনাত্মক আধানযুক্ত)। এই অবাস্তব কণার জোড়াগুলো ধার করা শক্তির ওপর নির্ভর করে কিছুক্ষণ টিকে থাকে। সৃষ্টি হওয়ার কিছুক্ষণ পরেই কণা-প্রতিকণা পরস্পরের সঙ্গে মিলিত হয়ে শূন্যস্থান থেকে বিলুপ্ত হয়ে যায়।

চিত্র-৯.২ : যদিও ৯.১ নম্বর চিত্রে অবাস্তব কণাগুলো শনাক্ত হয়, তবে তা পরোক্ষ শনাক্তকরণ। এদের সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা যায় না। মৌলিক কণাদের ওপর প্রভাব শনাক্ত করা যায়। এখানে একটি ইলেকট্রন সরলরেখা বরাবর গমন করছে। কিন্তু অতি সূক্ষ্ম পরিমাপে দেখা যায় এর পথ ঈষৎ বাঁকা এবং এলোমেলোভাবে কিছুটা পাক খায়। কারণ কিছু অবাস্তব কণা ও প্রতিকণা এখানে অনবরত সৃষ্টি হয় আর ধ্বংস হয় যার দরুন অতি ‘ক্ষুদ্র বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সৃষ্টি হয়। এই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাব ইলেকট্রনের পথকে ঈষৎ বাঁকা করে দেয়। প্রভাবটি হাইড্রোজেন পরমাণুর শক্তিস্তরে সৃষ্টি হয়।

চিত্র-৯.৩ : ব্ল্যাকহোলের নিকটবর্তী স্থানের অবাস্তব কণা ও প্রতিকণার জোড়া থেকে কোনও একটি তার সঙ্গীকে ত্যাগ করে ব্ল্যাকহোলে অর্থাৎ ঘটনা দিগন্তে পতিত হতে পারে। অবশিষ্ট কণাটি তার সঙ্গীকে অনুসরণ না করলে অর্থাৎ ব্ল্যাকহোলে প্রবেশ না করলে এটি মহাশূন্যের আশেপাশে চলে যেতে পারে। সুতরাং কণাটি মহাশূন্যে চলে যাওয়ার সময়ে দূর থেকে মনে হবে ব্ল্যাকহোল থেকে বিকিরণ নির্গত হচ্ছে।

দেখানো যেতে পারে যে, এই শক্তি মূলত ব্ল্যাকহোলের ভর থেকে আসে। যখন যুগ্ম অবস্থার কণাদের একটি ব্ল্যাকহোলে প্রবেশ করে তখন দূরের পর্যবেক্ষকের সাপেক্ষে মনে হয় কণাটিতে ঋণাত্মক শক্তি বিদ্যমান আছে। ঋণাত্মক শক্তি ব্ল্যাকহোলে যুক্ত হওয়ার পর তার কিছু ভর হারায় বিকিরণ আকারে। এক্ষেত্রে ব্ল্যাকহোলটি ধীর গতিতে বিকিরণ ত্যাগ করে এবং সেই সঙ্গে কিছু নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপমাত্রা সৃষ্টি হয়। সূর্য ভরের সমান একটি ব্ল্যাকহোলের এই তাপমাত্রা খুব কম হয়। এ তাপমাত্রা হয় প্রায় ১০^-৭ কেলভিন এবং এক্ষেত্রে বিকিরণও হয় খুব সামান্য। ব্ল্যাকহোলটি বিকিরণ করে বলে এটি তার ভর হারাতে থাকে। অবশেষে এটি অদৃশ্য হয়ে যায়। সূর্য ভরের সমান ভরসম্পন্ন একটি ব্ল্যাকহোল ১০^৬৫ বছর শেষে একেবারে নিঃশেষ হয়ে যায়। ব্ল্যাকহোলের তাপমাত্রা তার ভরের ব্যস্তানুপাতিক। সুতরাং ব্ল্যাকহোলটির নির্দিষ্ট পরিমাণ ঋণাত্মক তাপ শক্তি রয়েছে। এটি যত বেশি বিকিরণ ত্যাগ করবে তত বেশি উষ্ণ হবে। এক্ষেত্রে ব্ল্যাকহোল সাধারণ বস্তুর তুলনায় পুরো বিপরীত। একটি সাধারণ বস্তু যত বেশি বিকিরণ ত্যাগ করে, বস্তুটি তত বেশি শীতল হয়। একটি ব্ল্যাকহোলের জীবনকাল তার ভরের তৃতীয় ঘাতের সমানুপাতিক। সুতরাং তার ভর দ্বিগুণ হলে জীবনকাল হবে আট গুণ।

একটি গ্যালাটিক বা ছায়াপথীয় ব্ল্যাকহোলের তাপমাত্রা হয় প্রায় ১০^-২৫ কেলভিন আর একটি সুপার গ্যালাটিক ব্ল্যাকহোলের তাপমাত্রা হয় ১০^-১৮ কেলভিন। এখন যেহেতু মহাবিশ্ব প্রসারিত তাই মহাজাগতিক পট-বিকিরণের তাপমাত্রা হয় মহাবিশ্বের মাপকাঠির বা ব্যাসার্ধের ব্যস্তানুপাতিক। ব্যাসার্ধকে R দ্বারা প্রকাশ করা হয় যা তৃতীয় অধ্যায়ে উল্লেখ করা হয়েছিল। যদি আমরা ফ্রিদম্যান-মুক্ত-মহাবিশ্ব বিবেচনা করি যাতে ইউক্লেডীয় বা সমতলীয় জ্যামিতি প্রযোজ্য, এই মহাবিশ্বে ১০^৪০ বছরে তার এই মহাজাগতিক পট-বিকিরণ হবে ১০^২০ কেলভিন। অন্যদিকে আমরা যদি একটি মুক্ত মহাবিশ্ব কল্পনা করি যার জ্যামিতি হাইপারবলিক তাহলে এই তাপমাত্রা (১০^-২০ কেলভিন) তৈরি হতে সময় লাগবে প্রায় ১০^৩০ বছর। মহাজাগতিক পট-বিকিরণের তাপমাত্রা গ্যালাটিক বা সুপার গ্যালাটিক ব্ল্যাকহোলের বিকিরণের চেয়ে বেশি হলে ব্ল্যাকহোলগুলো যে পরিমাণ বিকিরণ ত্যাগ করবে তার চেয়ে অধিক শক্তি শোষণ করবে। যাই হোক, উপরের আলোচনা থেকে এটি পরিষ্কার যে, এক সময়ে গ্যালাটিক বা সুপারগ্যালাটিক ব্ল্যাকহোলের তাপমাত্রা মহাজাগতিক পট বিকিরণের তাপমাত্রাকে ছাড়িয়ে যাবে। আর তখন ব্ল্যাকহোল শোষণের থেকে বিকিরণ বেশি করবে। একটি গ্যালাটিক ব্ল্যাকহোল বিকিরণ নির্গত করতে করতে প্রায় ১০^৯০ বছরে অদৃশ্য হয়ে যাবে। অন্যদিকে অতি দানবীয় বা সুপার গ্যালাটিক ব্ল্যাকহোলটি প্রায় ১০^১০০ বছর শেষে অদৃশ্য হবে। আর নাক্ষত্রিক আকৃতির ব্ল্যাকহোলগুলো তার অনেক পূর্বেই বিলুপ্ত হয়ে যাবে। সুতরাং প্রায় ১০^১০০ বছরে বা তারও কিছু বেশি বছরে মহাবিশ্বের সকল ব্ল্যাকহোল হয়ে বিলুপ্ত থাকবে আর সকল গ্যালাক্সিগুলোও হয়ে যাবে লীন। মহাবিশ্বের অসীম শূন্যতায় তখন থাকবে শীতল শ্বেত বামনেরা, নিউট্রন নক্ষত্রেরা আর থাকবে গ্যালাক্সি থেকে বিতাড়িত কিছু সংখ্যক ক্ষুদ্র বস্তু। মহাকাশতটের অসীম শূন্যতার বুকে এরা যে যার মত ভেসে বেড়াবে। মহাবিশ্ব প্রসারিত হবে, কমতে থাকবে বস্তুর ঘনত্ব। একা একা বিচরণকারী বস্তুদের ফাঁকা স্থানে বাড়তে থাকবে। কমবে বিকিরণ, কমবে তাপমাত্রা আর মহাশূন্য অনিবার্যভাবে পৌঁছবে পরমশূন্য তাপমাত্রায় তবে এ মাত্রা কখনই অতিক্রান্ত হবে না।