আলোর দ্বিচারিতা তত্ত্ব

প্রণয় সাহা

আলো বিদ্যুৎ – চুম্বকীয় তরঙ্গ একথা আমরা অনেকে জানি, অর্থাৎ আলো একপ্রকার তরঙ্গ। বিজ্ঞানীরা এখন বলছেন, আলোর দু-ধরনের রূপে ক্রিয়া করে থাকে। কোন ক্ষেত্রে সে তরঙ্গ রূপে কাজ করে কখনো বা সে কণা রূপে কাজ করে থাকে। এই দু-রূপে আলোর কাজকেই আলোর দ্বিচারিতা বলা হয়ে থাকে। শুধু আলো কেন? কণারাও তরঙ্গরূপে আবির্ভাব হয়ে থাকে। যেমন ইলেকট্রন একটি কণা। কারণ এর ভর আছে। এই ইলেকট্রন কণা রুপে আবির্ভূত হয় আবার এই ইলেকট্রন তরঙ্গ রুপেও কখনো কখনো কাজ করে থাকে। তাই দ্বিচারিতা রূপ শুধু তরঙ্গগুলোই করে থাকে না। কণারাও তরঙ্গররূপ ধারণ করে। এই দ্বিচারিতা ররূপ বর্ণনা ও বিশ্লেষণ করার জন্যেই এই লেখাটি। আলোর তরঙ্গতত্ত্ব বা তরঙ্গ রূপ এখন ক্লাসিক্যাল তত্ত্ব হিসেবে পরিগণিত। যা আমাদের বিশ্বাস করতে অসহ্য লাগে। আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব ভুল প্রমাণিত হয়ে যায় ফটোইলেকট্রিক ইফেক্ট পরীক্ষার মাধ্যমে। আলবার্ট আইনষ্টাইন ১৯০৫ সালে ফটোইলেকট্রিক ইফেক্ট পরীক্ষায় প্রমাণ করেন যে আলো তরঙ্গ তত্ত্ব অনুযায়ী কাজ করে না। আইনষ্টাইন পরীক্ষা করে দেখান যে, অতিবেগুনী রশ্মি (যা আলো) যখন কোন বিশেষ পরিবাহী মেটাল প্লেটে আপাতিত হয় তখন সেই প্লেটের তল থেকে ইলেকট্রন নির্গত হয়। এই নির্গত ইলেকট্রনের গতিবেগ আলোর উজ্জলতার উপর নির্ভর করে না। কিন্তু আলো তরঙ্গ তত্ত্ব অনুযায়ী ইলেকট্রনের গতিবেগ বা গতিশক্তি আলোর উজ্জলতার (Intensity) উপর নির্ভর করবে। অর্থাৎ তরঙ্গ তত্ত্ব অনুযায়ী আলোর উজ্জলতা হবে নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তির সমানুপাতিক অর্থাৎ আলোর উজ্জলতা যত বেশী হবে নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তিও তত বেশী হবে। তাই আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব দিয়ে ফটোইলেকট্রিক ইফেক্ট পরীক্ষা প্রমাণ করা আর সম্ভব হলো না। শুধু তাই নয় আইনষ্টাইন আরো পরীক্ষা করে প্রমান করলেন, সকল প্রকার তরঙ্গ দৈর্ঘের আলোর তরঙ্গ দিয়ে পরিবাহির (metal surface) তল থেকে ইলেকট্রন নির্গত হয় না। যেমন লাল আলো দিয়ে ইলেকট্রন নির্গত করা যায় না। কারণ লাল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য সবচেয়ে বেশী। কিন্তু তরঙ্গ তত্ত্ব মতে ইলেকট্রন বের করা সম্ভব। এখানেই তরঙ্গ তত্ত্বের অসারতা -যা পরীক্ষায় হেরে গেল। পরবর্তীতে আইনষ্টাইন ফটোইলেকট্রিক ইফেক্ট পরীক্ষার জন্যে নোবেল পুরস্কার পেলেন ১৯২২ সনে। তিনি প্রমান করলেন ফটোইলেকট্রিক প্রক্রিয়া কণাতত্ত্ব দিয়ে প্রমাণ করা যায়। অর্থাৎ আলো এখানে তার শুধু তরঙ্গ রূপে রইলো না, বা কণা রূপেও আবির্ভূত হয়ে উভয় রুপ ধারণ করলো।

আলোর দুটি রূপ, তরঙ্গরূপ এবং কনা রূপ। এই হলো আলোর দ্বিচারিতা বা Dual Nature. ১৯০২ সালে প্লাংক নামের একজন বিজ্ঞানী বললেন আলোকতরঙ্গে রয়েছে একধরনের কণা যাকে বলা হয় ফোটন। এই ফোটন কণা গুলোই আলোক শক্তির আধার। আমরা দেখি আলো সূর্য্য থেকে আসছে অনবরত (Continuously)। কিন্তু বিজ্ঞানীরা বলেন এই অনবরত প্রবহমান আলোকছটায় রয়েছে অতি ক্ষুদ্র শক্তির বিশিষ্ট কণা (energy Packets) যা ফোটন নামে অভিহিত। প্রতি ফোটনের শক্তির পরিমানও বিজ্ঞানীরা নির্ণয় করেন, এই সমীকরণের দ্বারা একটি ফোটনের শক্তিকে সমান ৬.৬৩ ঢ ১০৩৪ X কম্পাঙ্ক (E=hf) সুতরাং আমরা ভাবতে পারি সূর্য্য থেকে প্রতিনিয়ত ফোটন কণা নির্গত হয়ে আমাদের কাছে পৌঁছায়। আলোর উজ্জ্বলতা নির্ভর করে ফোটন কণার উপর। বেশী উজ্জ্বল মানে বেশী বেশী ফোটন কণার আবির্ভাব। এদিকে বিজ্ঞানীরা আরো পরীক্ষা করে প্রমাণ করলেন, কণাগু-ে লাও তরঙ্গ রুপে আবির্ভূত হয়। যাকে বলা যায় কনার দ্বিচারিতা (Dual Nature of Particle) অর্থাৎ বিজ্ঞানীরা প্রমাণ করলেন ইলেকট্রন (কণা) দিয়ে বিচ্ছুরণ ঘটানো সম্ভব (Diffraction). বিচ্ছুরণ (Diffraction) হয় তরঙ্গ তত্ত্ব অনুযায়ী। বিচ্ছুরণ (Diffraction) ঘটানোর জন্য দরকার ছোট ফাঁকা জায়গার পরিমান আগত তরঙ্গের দৈর্ঘ্যের সমান। এ থেকেই বুঝা যায় বিচ্ছুরণ বা Diffraction তরঙ্গ তত্ত্বের উপর নির্ভর করে। কিন্তু বিজ্ঞানীরা পরীক্ষা করে প্রমাণ করলেন ইলেকট্রনের বিচ্ছুরণ। ইলেকট্রন একটি কণা। ইলেকট্রন বিচ্ছুরণ পরীক্ষা প্রমাণ করল, কণাও কখনো কখনো রূপ পাল্টে তরঙ্গের মত আবির্ভূত হয়। ফ্রেন্স বিজ্ঞানী লুইস ভিক্টরের এই তত্ত্ব আবিষ্কারের মূলে রয়েছে ডি-ব্রগলী নামে একজন বিজ্ঞানী। তিনি বলেছিলেন ভরবেগের সাথে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সম্পর্ক রয়েছে। যা ডি-ব্রগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্য নামে পরিচিত। কণার তরঙ্গ রুপ বা ইলেকট্রনের বিচ্ছুরণ প্রক্রিয়া ব্যবহার করে ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ তৈরী করা হয়েছে।