Sunday 12 May 2024

Dorothy Crowfoot Hodgkin

 




Look closely at the fingers of the person in the picture. Her fingers had not bent in this way due to age; she had been suffering from chronic rheumatoid arthritis since she was twenty-one years old. Since then, she has had to endure intense pain and gradually worsening deformities in her fingers and toes. She, Dorothy Crowfoot Hodgkin, has been conducting research with these pains and deformities over time. She discovered the structure of penicillin, the chemical structure of vitamin B12, and the structure of insulin using X-ray crystallography. If we think about how many millions of people on Earth are benefiting from her discoveries, we can understand the impact.

British scientist John Crowfoot and botanist Grace Crowfoot's first child, Dorothy, was born on May 12, 1910, in Cairo, Egypt, where they were under British rule at that time. Her father was working at the Ministry of Education in Egypt. When Dorothy was four years old, the First World War broke out. Her parents left her in England while they went to work in Egypt. Dorothy stayed with a nanny in England for four years without her parents. That's when she became independent.

Dorothy grew up with a keen interest in scientific inquiry from a young age. Her parents encouraged her equally. Chemist William Henry Bragg and his son Lawrence Bragg discovered X-ray crystallography, winning the Nobel Prize in 1915. At the age of eleven, Dorothy became deeply interested in this subject after reading William Henry Bragg's book on crystallography. At that time, girls were not allowed to study science at school. Girls were only allowed to study domestic science. Dorothy and another classmate, Nora, managed to get permission to attend chemistry classes.


Young Dorothy



She enrolled at Somerville College, Oxford University, in 1928 and graduated with a degree in chemistry in 1932. At that time, the most renowned professor of crystallography in England was John Desmond Bernal of the University of Cambridge. Most science professors at Cambridge University were men. However, some teachers began to give opportunities for girls to engage in scientific research. Professor Bernal was one of them. Impressed by Dorothy's enthusiasm and her undergraduate results, he offered her the opportunity to conduct research in his lab from 1932 to 1934.

A few years ago, she was diagnosed with rheumatoid arthritis. Severe pain and gradual deformities in her fingers and toes began. However, Dorothy was not one to succumb to any pain. Treatment and research went hand in hand. In 1934, X-ray was used in Bernal's lab to take pictures of proteins – to understand if biological compounds could crystallize.

Obtaining the necessary knowledge of crystallography from Professor Bernal, Dorothy came to Oxford University in 1934. Alongside her studies, she began her own PhD research. She started researching the three-dimensional structure of insulin. In 1937, she obtained her PhD from Oxford University. She spent her entire academic life at Oxford. Despite being a faculty member at Oxford, she did not have the opportunity to attend any research committee meetings due to her gender until after the end of the Second World War.

In 1937, she married historian Thomas Hodgkin. After marriage, Dorothy Crowfoot became Dorothy Crowfoot Hodgkin, but everyone started calling her Dorothy Hodgkin officially.

Due to the start of the Second World War, the need for penicillin for wounded soldiers increased significantly. However, the three-dimensional structure of penicillin had not yet been discovered. Therefore, to make penicillin more effective, Dorothy started researching its structure, setting aside her work on insulin. It took Dorothy Hodgkin four years of relentless research to discover the three-dimensional structure of penicillin in 1948. After that, she started researching the three-dimensional structure of vitamin B12. After eight years of relentless research, in 1957, she discovered the structure of vitamin B12. For this discovery, Dorothy Hodgkin won the Nobel Prize in Chemistry in 1964.

After discovering the structure of vitamin B12, Dorothy resumed her work on the 3-dimensional structure of insulin. It took her thirty-four years of relentless research to discover the highly complex 3-dimensional structure of insulin. The work she started in 1935 finally succeeded in 1969. The 3-dimensional structure of insulin was discovered.

Dorothy Hodgkin worked throughout her life for science, alongside her work for peace. Another Nobel laureate, Linus Pauling, who won the Nobel Prize for Peace after his work in chemistry, collaborated with Dorothy Hodgkin for world peace. For this, she received several international awards, including the Lenin Peace Prize.

Dorothy Hodgkin and her husband were both very international. In October 1964, when news of the Nobel Prize reached them, Dorothy was in Ghana. Her husband was then the director of the Institute of African Studies at the University of Ghana. Their daughter, Elizabeth, taught at a school in Zambia, while their son, Tobias, worked in Delhi.

Dorothy didn't just confine herself to research. Alongside her lifelong commitment to science, she was active in anti-war movements and advocated for nuclear disarmament.

On July 29, 1994, Dorothy passed away.

Maryam Mirzakhani

 


Maryam was born into an ordinary middle-class family in Tehran on May 12, 1977. Her childhood and adolescence were not very easy. We all know how Iranian society is for girls. Despite that, Maryam utilized every opportunity she got, applying her intelligence and determination to excel.

Her love for mathematics wasn't something that came to her from childhood. Like other girls of her age, she read stories and dreamed of becoming a writer one day. But when she discovered the joy of unravelling the mysteries of mathematics, she was hooked. She challenged herself day after day.


Maryam in Iran


In 1994, she won the gold medal with 41 points out of 42 in the International Mathematical Olympiad held in Hong Kong. The following year, she once again won the gold medal with a perfect score of 42 out of 42 points in the Mathematical Olympiad held in Canada. In 1999, she graduated with a bachelor's degree in mathematics from Sharif University of Technology in Iran. Later, she earned scholarships from Harvard University to pursue her master's and Ph.D. degrees. After completing her Ph.D. in 2004, she received an offer from Princeton University. From there, at the age of just 31 in 2008, she joined Stanford University as a full professor.


Maryam at home


Maryam's research primarily focused on the intersection of geometry and mathematical physics. In 2014, she received the Fields Medal for her contributions to geometric analysis on the Riemann surface. In the history of mathematics, Maryam made history as the first woman to win the Fields Medal.

In mathematics, there is no Nobel Prize awarded. However, the most prestigious award in mathematics, equivalent to the Nobel Prize in mathematics, is the Fields Medal. It was established in 1936. Every four years, at the International Mathematical Union's International Congress, four young mathematicians are awarded the Fields Medal for their contributions. Named after Canadian mathematician John Charles Fields, the Fields Medal also comes with a monetary award of fifteen thousand dollars. The age of mathematicians is also taken into consideration for the award. Those over forty are not eligible. To be considered for the award, one must be under forty on January 1st of the year when the award is given.

Maryam Mirzakhani was a rising star in mathematics. In 2015, she received fellowships from the American Philosophical Society and the Academy of Sciences in France. In 2017, she was elected as a fellow of the American Academy of Arts and Sciences.

Alongside her academic pursuits, Maryam had a beautiful home life filled with love. She married Czech computer scientist Jan Vondrák. Jan is also a professor at Stanford University. They have a little daughter together - Anahita.


Maryam with her husband Jan and daughter Anahita


Maryam was diagnosed with breast cancer in 2013. Treatment was ongoing, but unfortunately, the cancer could not be stopped. Within just four years, the cancer spread to her bones and marrow. On July 15, 2017, Maryam Mirzakhani passed away.

Etched on the Fields Medal is an image of Archimedes and a Latin quote - "Transire suum pectus mundoque potiri," which translates to "Rise above oneself and grasp the world" in English. In her mere forty years of life, Maryam Mirzakhani truly transcended herself and conquered the world in Mathematical research. 

On Maryam's birthday today, this is my respect and love to her. Happy birthday, Maryam.


মরিয়ম মির্জাখানি


 

১৯৭৭ সালের ১২ মে তেহরানের একটি সাধারণ মধ্যবিত্ত পরিবারে জন্ম মরিয়মের। খুব সহজ ছিল না তার শৈশব কৈশোর এবং তারুণ্যের বেড়ে ওঠার দিনগুলো। মেয়েদের জন্য ইরানের সমাজব্যবস্থা কীরকম তা তো আমরা কম-বেশি সবাই জানি। তারপরও যতটুকু সুযোগ পেয়েছিলেন তার সবটুকুকেই কাজে লাগিয়েছিলেন মরিয়ম নিজের মেধা ও অধ্যবসায়ের জোরে। 

গণিতের প্রতি ভালোবাসা যে একেবারে ছোটবেলা থেকে ছিল তা কিন্তু নয়। ছোটবেলায় অন্য আরো উচ্ছল কিশোরীদের মতোই গল্প উপন্যাস পড়েছেন, স্বপ্ন দেখেছিলেন একদিন লেখক হবেন। কিন্তু যখন দেখলেন ভালো লাগছে গণিতের রহস্যভেদ করতে - লেগে রইলেন। নিজেকে চ্যালেঞ্জ করলেন দিনের পর দিন। 


ইরানে মরিয়ম মির্জাখানি


১৯৯৪ সালে হংকং-এ অনুষ্ঠিত আন্তর্জাতিক গণিত অলিম্পিয়াডে ৪২ পয়েন্টের মধ্যে ৪১ পয়েন্ট পেয়ে গোল্ড মেডেল জিতলেন। পরের বছর কানাডায় অনুষ্ঠিত গণিত অলিম্পিয়াডে ৪২ পয়েন্টের মধ্যে ৪২ পয়েন্ট পেয়ে আবারো জিতে নিলেন গোল্ড মেডেল। ১৯৯৯ সালে ইরানের শরিফ ইউনিভার্সিটি থেকে গণিতে স্নাতক ডিগ্রি পাস করেন। তারপর হার্ডার্ড ইউনিভার্সিটির স্কলারশিপ নিয়ে মাস্টার্স ও পিএইচডি। ২০০৪ সালে পিএইচডি সম্পন্ন করার পর ডাক পেলেন প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটিতে। সেখান থেকে ২০০৮ সালে মাত্র ৩১ বছর বয়সে ফুল প্রফেসর পদে যোগ দিয়েছেন স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটিতে।


বাড়িতে গণিতে মগ্ন মরিয়ম


মরিয়মের গবেষণার বিষয় ছিল মূলত জ্যামিতি ও গতিবিদ্যার গাণিতিক সম্মেলন। রাইম্যান সারফেসের জ্যামিতিক গতিবিদ্যায় অবদানের জন্য ২০১৪ সালে পেয়েছেন ফিল্ড মেডেল। গণিতের ইতিহাসে ফিল্ড মেডেলে বিজয়ী প্রথম নারী হিসেবে ইতিহাস গড়লেন মরিয়ম।

গণিতে কোন নোবেল পুরষ্কার দেয়া হয় না। কিন্তু গণিতে সবচেয়ে সম্মানজনক পুরষ্কার যেটাকে গণিতের নোবেল পুরষ্কারের সমতুল্য বিবেচনা করা হয় সেটা হচ্ছে ফিল্ড মেডেল। এটা চালু হয়েছে ১৯৩৬ সালে। তারপর থেকে প্রতি চার বছর পরপর ইন্টারন্যাশনাল ম্যাথমেটিকেল ইউনিয়ন তাদের ইন্টারন্যাশনাল কংগ্রেসে সর্বোচ্চ চারজন তরুণ গণিতবিদকে তাঁদের অবদানের জন্য ফিল্ড মেডেল দেয়া হয়। কানাডিয়ান গণিতজ্ঞ জন চার্লস ফিল্ডস এর নামানুসারে এই ফিল্ড মেডেলের সাথে পনেরো হাজার ডলার আর্থিক সম্মানীও দেয়া হয়। ফিল্ড মেডেল দেবার ক্ষেত্রে গণিতবিদের বয়সও বিবেচনা করা হয়। চল্লিশ বছর বয়সের বেশি কাউকে এই পুরষ্কারের জন্য বিবেচনা করা হয় না। যে বছর এই পুরষ্কার দেয়া হবে সেই বছরের ১লা জানুয়ারিতে বয়স থাকতে হবে চল্লিশের নিচে।

মরিয়ম মির্জাখানি ছিলেন গণিতের বিস্ময়। ২০১৫ সালে আমেরিকান ফিলোসফিক্যাল সোসাইটি এবং ফ্রান্সের অ্যাকাডেমি অব সায়েন্সের ফেলোশিপ পান। ২০১৭ সালে তিনি আমেরিকান অ্যাকাডেমি অব আর্টস অ্যান্ড সায়েন্সের ফেলো নির্বাচিত হন। 

অ্যাকাডেমিক জীবনের পাশাপাশি সুন্দর ভালোবাসার ঘর-সংসার মরিয়মের। ভালোবেসে বিয়ে করেছেন চেক কম্পিউটার বিজ্ঞানী ইয়ান ভনড্রেককে। ইয়ানও স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির প্রফেসর। ছোট্ট ফুটফুটে একটি কন্যা তাদের - আনাহিতা। 


স্বামী ইয়ান ভনড্রেক ও শিশুকন্যা আনাহিতার সাথে মরিয়ম 


মরিয়মের স্তনক্যান্সার ধরা পড়লো ২০১৩ সালে। চিকিৎসা চলছিল, কিন্তু ক্যান্সার রোধ করা সম্ভব হয়নি। মাত্র চার বছরের মধ্যে ক্যান্সার ছড়িয়ে পড়েছিল বোন-ম্যারোতে। ২০১৭ সালের ১৫ জুলাই মরিয়ম মির্জাখানির মৃত্যু হয়। 

ফিল্ড মেডেলের গায়ে আঁকা আছে আর্কিমিডিসের ছবিএবং আর্কিমিডিসের একটা ল্যাটিন উক্তি - "
"Transire suum pectus mundoque potiri" যার ইংরেজি ভাবার্থ হলো - Rise above oneself and grasp the world. মরিয়ম মির্জাখানি তাঁর মাত্র চল্লিশ বছরের জীবনকালে সত্যি সত্যিই নিজেকে ছাড়িয়ে বিশ্বজয় করেছিলেন। 

আজ মরিয়মের জন্মদিনে অনেক শ্রদ্ধা ও ভালোবাসা। শুভ জন্মদিন মরিয়ম। 


Happy Birthday Richard Feynman 11/5/2024

 


In 1979, America's Omni magazine published a lengthy interview with Richard Feynman. The article was titled 'The Smartest Man in the World'. Feynman's mother was still alive at the time. When she heard her son being called the smartest man in the world, she exclaimed, "Our Richie? The World’s smartest man? God help us!"

A child remains a child in the eyes of a mother forever. If a child becomes famous, that's a different story altogether. Despite what his mother said, many people may object to calling Richard Feynman the smartest man in the world. There was skepticism then, and there still is. However, I consider him the smartest physicist. He didn't revolutionize the field of physics like Einstein did, nor did his research have an impact across all branches of physics. He pioneered quantum electrodynamics, his Feynman diagrams are a highly effective mathematical technique, and "The Feynman Lectures of Physics" are the most fundamental and smartest classroom lectures in physics. Although many lectures on physics are available and some of them are even more captivating lectures than Feynman's, he was and still is a famous and popular figure worldwide.

But why would I choose Richard Feynman if I had the opportunity to pick only one physicist? It's because of his unique style. He understood physics as if it were his own. He explained what he didn't understand bluntly. There was no hypocrisy within him. Despite being a theoretical physicist himself, he clearly stated that any theory, no matter how attractive it may be, if it cannot be proven experimentally, is not a theory at all.

He spent his entire life enjoying learning new things. His curiosity about unlocking the mysteries of nature was like that of a child. He didn't make any effort to become popular. He wasn't as popular during his lifetime as he became after his death. Even after receiving the Nobel Prize, he wasn't as much of a household name in America as one might think. In America, there are so many Nobel-winning scientists that no one really keeps track of who's who. Science was not a way of measuring popularity back then, and it still isn't.

However, two years before his death, Richard Feynman became instantly famous among the American public for uncovering the primary cause of the Challenger shuttle disaster. On January 28, 1986, during the launch of NASA's space shuttle Challenger, it exploded, killing all seven crew members. In the investigation of this incident, President Ronald Reagan formed a committee where Richard Feynman was appointed as a member, serving as a specialist scientist. Feynman was not enthusiastic about government work at all. The bureaucratic red tape and unnecessary formalities were intolerable to him. However, even with his deteriorating health due to cancer, he agreed to the President's personal request. At that time, he was battling cancer. Feynman laid down a condition - although he would be a member of the committee, he wouldn't agree with the opinions of all the committee members. He demanded the freedom to publish his personal observations alongside the committee's report. Such investigations usually take years to publish their reports, and sometimes the reports are not even published. He knew all this, and that's why he set such conditions. President Reagan accepted his terms, allowing him to work independently.

Richard Feynman accurately identified the cause of the Challenger space shuttle disaster. He also published his own report alongside the committee's report. Not only that, but he also demonstrated in a press conference, broadcasted on national television, through a simple experiment with a piece of rubber submerged in ice-cold water, how the elasticity of the rubber O-rings used in the rocket's motor was lost when subjected to extreme cold. After this incident, Feynman gained widespread recognition among the American public. However, it was only a year and a half later that Feynman passed away. Nevertheless, his popularity continued to grow.

But for some unknown reason, we didn't learn anything about Richard Feynman at that time. I was a physics student at Chittagong University for a long time. I completed my honors and master's degrees there. I was even admitted to the MPhil program. Our teachers never mentioned Richard Feynman in any class. When studying for my MPhil, our respected professor MHA Pramanik gave me a book to read a book titled "Feynman's Path Integral." But I didn't learn anything about Feynman at that time. My first acquaintance with Feynman was at the Physics Department of the University of Melbourne. Feynman's Lectures on Physics are the finest textbook of physics. Why we were not asked to read this book during our honors is a source of embarrassment for me.

Today, May 11, is Richard Feynman's birthday.

Happy birthday Feynman – the finest man!


রিচার্ড ফাইনম্যানের জন্মদিনে - ২০২৪

 


১৯৭৯ সালে আমেরিকার Omni ম্যাগাজিন রিচার্ড ফাইনম্যানের একটি দীর্ঘ সাক্ষাৎকার প্রকাশ করেছিল। লেখাটির শিরোনাম দিয়েছিল ‘The Smartest Man in the World’. ফাইনম্যানের মা তখনো জীবিত। তিনি যখন শুনলেন যে তাঁর ছেলেকে পৃথিবীর সবচেয়ে স্মার্ট ছেলে বলা হচ্ছে – তিনি অবাক হয়ে বলেছিলেন, “Our Richie? The World’s smartest man? God help us!”

মায়ের কাছে সন্তান চিরদিনই শিশু থেকে যায়। সন্তান যদি বিখ্যাত হয়ে যান, তাহলে তো কথাই নেই। মায়ের কথা বাদ দিলেও, রিচার্ড ফাইনম্যানকে পৃথিবীর সবচেয়ে স্মার্ট পুরুষ বলাতে অনেকের আপত্তি থাকতে পারে। আপত্তি তখনো ছিল, এখনো আছে। কিন্তু আমি তাঁকে সবচেয়ে স্মার্ট পদার্থবিজ্ঞানী বলে মনে করি। তিনি যে আইনস্টাইনের মতো মহাবিশ্বের পদার্থবিজ্ঞানের খোলনলচে পালটে দিয়েছেন তা নয়। তাঁর গবেষণা যে পদার্থবিজ্ঞানের সকল শাখায় কোনো না কোনো ভাবে প্রভাব ফেলেছে – তাও নয়। তিনি কোয়ান্টাম ইলেকট্রোডায়নামিক্সের অগ্রদূত, ফাইনম্যান-ডায়াগ্রাম তাঁর আবিষ্কৃত অত্যন্ত কার্যকরী গাণিতিক কৌশল, The Feynman Lectures of Physics পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে মৌলিক এবং স্মার্ট ক্লাসরুম লেকচার। কিন্তু ফাইনম্যানের লেকচারের চেয়েও আকর্ষণীয় লেকচার দিয়েছেন আরো অনেক পদার্থবিজ্ঞানের শিক্ষক পৃথিবীর বিভিন্ন দেশে। তাঁর চেয়েও বিখ্যাত এবং জনপ্রিয় ব্যক্তিত্ব ছিল এবং এখনো আছে পৃথিবীতে। 

তারপরেও কেন শুধুমাত্র একজন পদার্থবিজ্ঞানী বেছে নেয়ার সুযোগ থাকলে আমি রিচার্ড ফাইনম্যানকে বেছে নেবো? কারণ তাঁর অনন্য স্টাইল। তিনি পদার্থবিজ্ঞানকে একেবারে নিজের মতো করে বুঝেছেন। তিনি যা বোঝেননি তা অকপটে বলে দিয়েছেন। তাঁর ভেতরে কোন ব্যাপারেই কোন দ্বিচারিতা ছিল না। তিনি নিজে তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানী হয়েও স্পষ্টভাবে বলেছেন, যে কোনো তত্ত্ব সে যত আকর্ষণীয়ই হোক, তা যদি বাস্তবে প্রমাণ করা না যায় – তা কোন তত্ত্বই নয়। 

এই মানুষটি সারাজীবন কাজ করে গেছেন নতুন জিনিস শেখার আনন্দে। প্রকৃতির রহস্য উন্মোচনে তাঁর কৌতূহল ছিল একেবারে শিশুদের মতো। জনপ্রিয় হবার কোন চেষ্টাই ছিল না তাঁর মধ্যে। জীবদ্দশায় তিনি অতটা জনপ্রিয় ছিলেনও না, যতটা হয়েছেন তাঁর মৃত্যুর পর। নোবেল পুরষ্কার পাবার পরেও তাঁকে যে আমেরিকার মানুষ খুব একটা চিনতো তা নয়। অবশ্য আমেরিকাতে এত বেশি নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী যে – কে কার খবর রাখে। বিজ্ঞান জনপ্রিয়তা মাপার মাপকাঠি এখনো নয়, তখনো ছিল না। 

তবে ফাইনম্যান তাঁর মৃত্যুর দু’বছর আগে আমেরিকান সর্বস্তরের জনগণের কাছে রাতারাতি বিখ্যাত হয়ে গিয়েছিলেন চ্যালেঞ্জার শাটল দুর্ঘটনার মূল কারণ উদ্ঘাটন করে। ১৯৮৬ সালের ২৮ জানুয়ারি নাসার মহাকাশ যান চ্যালেঞ্জার উৎক্ষেপণের সাথে সাথেই বিস্ফোরিত হয়ে সাতজন নভোচারীর সবাই মারা যায়। এই ঘটনার তদন্তের জন্য আমেরিকার প্রেসিডেন্ট রোনাল্ড রিগ্যান যে কমিটি গঠন করেন সেখানে বিশেষজ্ঞ বিজ্ঞানী হিসেবে রিচার্ড ফাইনম্যানকে সদস্য করা হয়। ফাইনম্যান সরকারি কাজে উৎসাহী ছিলেন না কোনোদিনই। আমলাতান্ত্রিক দীর্ঘসূত্রিতা আর অহেতুক ফরমালিটি তাঁর অসহ্য ছিল। কিন্তু প্রেসিডেন্টের ব্যক্তিগত অনুরোধে অসুস্থ শরীরেও তিনি রাজি হয়েছিলেন। সেই সময় তিনি ক্যান্সারে ভুগছিলেন। ফাইনম্যান শর্ত দিয়েছিলেন – তিনি কমিটিতে থাকলেও কমিটির সকল সদস্যের মতের সাথে তাঁর মত মিলতে হবে কোন কথা নেই। কমিটির রিপোর্টের সাথে তাঁর ব্যক্তিগত পর্যবেক্ষণ প্রকাশ করার স্বাধীনতাও তাঁকে দিতে হবে। এরকম তদন্ত কমিটির রিপোর্ট প্রকাশ করতে বছরের পর বছর সময় লেগে যায়, অনেক সময় কোন রিপোর্ট প্রকাশিতও হয় না। এসব তাঁর জানা ছিল বলেই তিনি এরকম শর্ত দিয়েছিলেন। প্রেসিডেন্ট রিগ্যান তাঁর শর্ত মেনে নিয়েই তাঁকে স্বাধীনভাবে কাজ করতে দিয়েছিলেন। রিচার্ড ফাইনম্যান চ্যালেঞ্জার মহাকাশযানের দুর্ঘটনার সঠিক কারণ বের করেছিলেন। রিপোর্টের সাথে তাঁর নিজের রিপোর্টও প্রকাশ করেছিলেন। শুধু তাই নয়, তিনি সংবাদ সম্মেলন করে ন্যাশনাল টেলিভিশনের ক্যামেরার সামনে ছোট্ট পরীক্ষার মাধ্যমে দেখিয়েছিলেন কী ঘটেছিল আসলে। রকেটের মোটর সেফটিতে যে রাবারের ও-রিং ছিল – প্রচন্ড ঠান্ডায় সেই রাবারের ইলাস্টিসিটি নষ্ট হয়ে গিয়েছিল। ফাইনম্যান সাংবাদিকদের সামনে একটুকরো রাবার বরফ-পানিতে ডুবিয়ে দেখিয়েছিলেন কীভাবে রাবারের কার্যকারিতা কমে যায় তাপমাত্রা ভীষণ কমে গেলে। ফাইনম্যান সেই ঘটনার পর আমেরিকার সাধারণ মানুষের কাছে ব্যাপক পরিচিতি পেয়েছিলেন। অবশ্য তার দেড় বছর পরেই ফাইনম্যান মারা যান। কিন্তু তাঁর জনপ্রিয়তা বাড়তেই থাকে। 

কিন্তু কোনো এক অজানা কারণে রিচার্ড ফাইনম্যান সম্পর্কে কোন তথ্যই আমরা পাইনি সেইসময়। আমি দীর্ঘদিন চট্টগ্রাম বিশ্ববিদ্যালয়ে পদার্থবিজ্ঞানের ছাত্র ছিলাম। অনার্স ও মাস্টার্স পাস করেছি। এমফিলেও ভর্তি হয়েছিলাম। আমাদের শিক্ষকরা আমাদের কোনো ক্লাসেই রিচার্ড ফাইনম্যানের নাম উচ্চারণও করেননি। এমফিল করার সময় প্রামাণিকস্যার “ফাইনম্যান’স পাথ ইন্টিগ্র্যাল” নামে একটি বই পড়তে দিয়েছিলেন। কিন্তু তখনো ফাইনম্যান সম্পর্কে কিছুই জানি না। ধরতে গেলে ফাইনম্যানের সাথে আমার প্রথম পরিচয় ঘটে মেলবোর্ন ইউনিভার্সিটির ফিজিক্স ডিপার্টমেন্টে। ফাইনম্যানস লেকচার অব ফিজিক্সের মতো এত ভালো বই থাকতে কেন আমাদের অনার্সে এই বই পড়তে বলা হয়নি – এই অভিমান আমার কখনো যাবে বলে মনে হয় না। 

আজ ১১ মে রিচার্ড ফাইনম্যানের জন্মদিন। 

Happy birthday Feynman – the finest man! 


Monday 6 May 2024

The Theory of Everything - how far is reality?


In the animal kingdom, the most dissatisfied species is humans. They are never content with their present situation and always seek to change their circumstances. Self-contentment brings an end to creativity, exploration, and innovation. If humans were content with their situation collectively, they might still be in the Stone Age, attempting to ignite fire with stones. Just like the wild animals of that era still live their lives the same way. Human evolution in terms of lifestyle, methodology, and practicality always surpasses their past generations due to their overall dissatisfaction. And this constant advancement fuels new discoveries and innovations.

Engrossed scientists in discoveries and innovations all pursue the ultimate goal of science - simplifying complex mysteries. Scientists from different branches embrace different approaches to find simple solutions to the complex mysteries of science. For instance, psychologists attempt to determine the correlation between the intricate workings of the body and brain with other related elements, believing that understanding these relationships simplifies complex problems. Biologists strive to understand how all these processes occur more straightforwardly by understanding the structure and functioning of cells. Chemists delve deeper into understanding the chemical structure of molecules and the process of chemical reactions. If they can unveil the nature of chemical reactions, their work becomes easier. Understanding the workings of atoms and subatomic particles further simplifies their tasks. But physicists refuse to halt anywhere. They delve into the interiors of atoms, even into the nucleus.

In the world of science, physics is a kind of imperialism. They believe that all substances and energies in the universe and all their interactions are encompassed within physics. Everything that has happened in the universe since its birth and everything that will happen in the future is included within the realm of physics. Therefore, the scope of physics extends from the internal structure of atoms to galaxies. The farther we go in time, the wider the scope of theoretical physics expands. Satisfaction is nowhere to be found in the visible universe. Even more countless theories of the invisible hypothetical universe are being discovered. Amongst all these theories, the ultimate goal of physicists is to explain everything in the universe correctly - a theory called the Theory of Everything[1].

Theoretical physicists believe that the Theory of Everything (TOE) will be such an eternal theory of physics that it will provide the correct answers to all questions - how the universe originated, why it originated, how everything in the universe - from quarks to cosmos - functions. Here, 'everything' means understanding everything comprehensively or just the fundamental aspects is a matter of debate.

Having differences is natural because many claims of physicists seem to be either wrong or time-consuming to prove in an empirical sense. For example, explaining how clouds form in the sky can be accurately described by the principles of physics. However, it may not be possible to create a mathematical model of a small cloud using the equations of physics that will accurately predict its formation at a specific time in the sky and match its shape and volume from all directions - this is not feasible for physics because it requires the use of highly changeable indices, which cannot be accurately applied even by many supercomputers.

Examples like this abound. For instance, if a glass is dropped from the hand, it will surely fall because of gravity. But whether it will shatter upon hitting the ground or not requires knowing many more things beforehand - such as what the glass is made of, how heavy it is, at what distance and with what speed it was dropped, whether any force was applied during the fall, and countless parameters starting from the structural elements of the glass. Considering all these parameters, it can be said that the glass will break. But is it possible to accurately predict how many pieces the glass will break into after it shatters? Is it possible to determine the shape and volume of those pieces?

So, no one expects to provide all details from the theory of everything. However, it is hoped that this theory can explain the origin of all natural forces in the universe, calculate energy, how the universe was created, and how it will end.

When we talk about the theory of everything, what exactly are we trying to understand? What will happen if this theory is discovered? And what if it's not discovered, or what are the consequences? Before answering these questions, we need to understand how physicists conceive such a theory.

In the 5th century BC, the Greek philosophers Leucippus and Democritus proposed atomism, or the theory of atoms, as the first theory of everything. With this theory, they sought to explain that everything in the universe is made up of atoms. For thousands of years, it was believed that atoms were indivisible.

What was the reason for calling atomism the theory of everything? The reason was that at that time, whenever the question of what everything is made of arose, the answer was - atoms. And the internal workings of matter were also explained through the interactions of atoms with each other. Despite the presence of different types of atoms in different substances, all substances were considered to be composed of atoms. Therefore, at that time, the fundamental elements of matter were atoms.[2]

Within the next few centuries, there was significant advancement in physics. Natural forces were discovered.

In 1687, Newton's law of gravitation was published. The discovery of this force was the first indication of natural forces among the natural forces. Newton's discovery revealed the principle of gravitation or gravitational force. Gravity is an extremely weak force. But this weak force has held all the objects in the universe invisibly together. Gravitational force is an attractive force. Its influence is everywhere in the universe. According to the theory of gravity - the force of attraction between two objects is directly proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance between the two objects. The larger and more massive the objects are, the greater the amount of gravitational force between them. Again, the closer they are, the greater the amount of force. If the distance doubles, the amount of force decreases by four times. According to the theory of gravitational force, no object attracts any other object. Newton's theory of gravity explains how the force of attraction works between objects, but it does not explain why it attracts. However, it is the attraction of the gravitational force that roughly explains why the satellites-planets-stars-galaxies of the universe revolve around each other.

Between 1750 and 1850, scientists from many countries in Europe conducted numerous experiments in various ways on electricity and magnetism. Among them, the most important discovery was that - due to the movement of electric charges, magnetism is created, and moving magnetic charges can generate electricity. Danish physicist Hans Christian Ørsted was certain in 1820 that there is a mutual relationship between electricity and magnetism. He named this relationship electromagnetism.

In 1831, British physicist Michael Faraday proved in the laboratory that magnetism is produced from an electric current, and electricity can be generated from a magnetic field. Fourteen years later, Faraday discovered that there is also a close relationship between electricity and light.

Then, in 1861, Scottish physicist James Clerk Maxwell accurately conceptualized - if there is a change in the electric field, then a magnetic field is created, and if there is a change in the magnetic field, then an electric field is created. Furthermore, it can be said more precisely - electricity can be found from magnetism, and magnetism can be found from electricity. Electric fields and magnetic fields are always perpendicular to each other. Maxwell mathematically demonstrated that the speed of light in a vacuum is three hundred thousand kilometres per second. Later, we have seen that light is a visible part of the electromagnetic spectrum. But in the vast invisible part, there are less energetic radio waves, infrared rays, microwaves, and more energetic ultraviolet rays or non-ionizing radiation, X-rays, gamma rays, etc. In the 20th and 21st centuries, we have seen the extensive use of electromagnetic waves in technology from Earth to space, from mobile phones to medical science - everywhere.

Maxwell's theory led to the discovery of the second fundamental force of nature - electromagnetic force. Electromagnetic force is much more powerful than gravitational force. Mathematically, electromagnetic force is very similar to gravitational force. The amount of electromagnetic force between two charges is proportional to the product of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them, just like gravitational force. Similarly to gravitational force, the intensity of this force increases if the amount of charge increases. If the distance between the charge doubles, the force decreases by a factor of four.

However, the key difference between gravitational force and electromagnetic force is that - this force can be either attractive or repulsive. If the charges are of the same type (both positive or both negative), the electromagnetic force will be repulsive. But if the charges are of opposite types (one positive and one negative), then the force will be attractive. As a result, in the case of large objects, gravitational force and electromagnetic force neutralize each other. Therefore, electromagnetic force is not effective in large objects. However, this force is very active between atoms and molecules. All kinds of chemical reactions and biological processes occur due to the electromagnetic force.

In 1895, X-rays were discovered, followed by radioactivity in 1896, and the discovery of electrons in 1897. After these discoveries, many physicists came to the idea that everything in physics has been discovered, and everything can be explained by the theories of gravitation and electromagnetism. In 1900, in a lecture at the British Association for the Advancement of Science, Lord Kelvin famously stated, "There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement."[3]

But it didn't take long for Lord Kelvin's words to be proven wrong. From the beginning of the 20th century, there has been a whirlwind of new discoveries in physics. On one hand, under the guidance of Max Planck, the journey of quantum mechanics began. On the other hand, Albert Einstein, in 1905 alone, published four groundbreaking papers that revolutionized our understanding of the entire universe. The theory of special relativity was formulated, establishing the relationship between mass, energy, and the speed of light.[4]

The discovery of the principle of relativity led to challenges in the theory of gravitation. According to Newton's theory, there is no change in the mass with the motion of an object, but according to Einstein's theory, there is a change in mass with a change in motion. Furthermore, in Newton's theory of gravitation, the distance between objects that are subject to gravitational force is not defined with respect to any frame of reference. But according to Einstein's theory of relativity, this distance depends on the reference frame. In the case of slowly moving objects, this difference in distance is not significant, but to calculate the gravitational force between extremely fast-moving celestial bodies, the principle of relativity must be applied to measure distances.

Einstein realized the need to revise Newton's theory of gravitational force. After a decade of research, in 1915, Einstein published the general theory of relativity, which essentially replaced Newton's theory of gravitation. According to this theory, gravitational force creates curvature in space-time, which depends on the distribution of mass in space and time. Essentially, the general theory of relativity transformed physics into geometry. The practical evidence of the general theory of relativity is regularly found in astrophysics. Its practical applications include all modern satellites, GPS navigation, and more.

After the discovery of special and general relativity theories, Einstein spent the rest of his life attempting to unify the principles of natural forces. However, he did not see success. Scientists today believe Einstein failed because he was not enthusiastic about using quantum mechanics. Furthermore, applying quantum mechanics to the theory of gravitation remains challenging.

Following the discovery of the nucleus of the atom, protons, and neutrons, two more natural forces were discovered from the theory of radioactivity – weak nuclear force and strong nuclear force. The weak nuclear force is responsible for radioactivity, which led to the formation of various elements in the universe. We usually do not experience this force in our daily lives.

The fourth natural force in nature is the strong nuclear force. This force holds protons and neutrons tightly within the nucleus. Among the four natural forces, the strong nuclear force is the most powerful. It is not felt outside the nucleus. The strong nuclear force is an extremely strong attractive force.

Einstein and other theoretical physicists attempted to unify these four natural forces into a grand unified theory or unified theory. Apart from gravitational force, the other three forces are applicable on the subatomic scale of particles (quarks, protons, electrons, and neutrinos). To understand the workings of subatomic particles correctly, quantum mechanics must be applied. Therefore, to properly understand the workings of the atomic nucleus, whether it's the electromagnetic force, weak nuclear force, or strong nuclear force, all must be transformed into quantum mechanics.

Furthermore, when applying the force of gravity to large celestial bodies like planets, stars, and galaxies, there is no need to transform it into quantum mechanics. However, if we want to understand the early universe, we must start from singularities. At that time, everything was microscopic. So, gravitational theory also needs to be transformed into quantum mechanics.

Whether it's Newton's theory of gravitation or Einstein's general theory of relativity, both are classical theories. None of them can be transformed into quantum mechanics because quantum mechanics operates under Heisenberg's uncertainty principle. Applying the uncertainty principle to general relativity will not yield realistic results. For example, then a black hole will not be entirely black, and a singularity will not be entirely empty.

To grasp the principles of everything, all of nature's forces must be unified. To do this, the quantum transformation of all four forces is necessary. These principles' quantum forms are called quantum field theory. In quantum field theory, particles or matter exchange particles are fermions (electrons and quarks), and force exchange particles among fermions are bosons (photons).

The quantum transformation of the electromagnetic force has been made possible through Richard Feynman's discovery of quantum electrodynamics.

Using quantum field theory, Professor Abdus Salam, Steven Weinberg, and Sheldon Glashow unified electromagnetism and weak nuclear force.

The weak nuclear force and the electromagnetic force are fundamentally the same. However, they appear different because the exchange particles of the weak nuclear force have mass, whereas the exchange particles of the electromagnetic force do not have mass. But in both fields, the exchange particles are bosons. In the field of the electromagnetic force, the exchange particle is the photon, which has zero rest mass and travels at the speed of light. In the field of the weak nuclear force, the exchange particle has mass. As a result, the speeds of these bosons change with distance.

In weak nuclear interactions, charge changes occur. This means that charge-neutral neutrons transform into positively charged protons or negatively charged electrons. Consequently, the current obtained is called a charged current. On the other hand, in the electromagnetic force field, there is no change in charge. Therefore, in this case, the current obtained is called neutral current.

Weinberg and Salam suggested that the only difference between the weak nuclear force and the electromagnetic force is the mass of the exchange boson. In the field of the weak nuclear force, the exchange particle, the W boson, is nearly 100 times heavier than the mass of a proton. Because of this, heavy photons are also referred to as bosons of the weak nuclear force.

Abdus Salam and Steven Weinberg proposed that in the weak nuclear force field, both neutral and charged currents could occur. Both types of exchange particles in the weak nuclear force are collectively called the W+, W-, and Z0 bosons. +, -, and 0 denote positive, negative, and neutral charged bosons, respectively. These three are collectively referred to as intermediate vector bosons. These vector bosons are very heavy inside the nucleus. It is there that weak interactions occur. Outside the nucleus, electromagnetic interactions occur.

In 1973, at CERN's examination, it was possible to demonstrate weak nuclear interactions without any exchange of charge. The existence of neutral currents was proven. Similar results were obtained at Fermilab. In 1978, at the Stanford University Linear Accelerator (SLAC), weak nuclear force and electromagnetic force were found to be reconcilable by observing the interactions of electrons and positrons. For this discovery, the 1979 Nobel Prize in Physics was awarded to scientists Abdus Salam, Steven Weinberg, and Sheldon Glashow.

The possibility of unifying electromagnetic force and weak nuclear force, observed through the exchange of W and Z bosons, inspired scientists to further consolidate other forces. Quantum chromodynamics was developed to incorporate the strong nuclear force. Within nuclei, protons and neutrons were found to be composed of smaller particles called quarks. Quarks are categorized into six types: up, down, top, bottom, charm, and strange. Protons are made up of two up quarks and one down quark, while neutrons consist of two down quarks and one up quark. The force between quarks increases as they move farther apart, preventing individual quarks from being isolated in nature.

In the Standard Model of particle physics, the inclusion of the Higgs boson completes the theory. According to the Standard Model, all matter in the universe is composed of six types of quarks and six types of leptons (electron, electron neutrino, muon, muon neutrino, tau, and tau neutrino). Among these, only four particles (up quark, down quark, electron, and electron neutrino) are considered fundamental constituents of all matter. Forces on the subatomic scale are mediated by force-carrying bosons (Z, W, photon, gluon, and Higgs).

While the theory of fundamental particles in the Standard Model can explain phenomena on both atomic and nuclear scales, it fails to unify interactions on a larger scale due to the inability to quantize the meaningful gravitational force.

In 1976, scientists envisioned a possibility: the concept of supergravity emerged as a potential theory for incorporating gravity into the framework of Einstein's General Relativity by introducing some theoretical quantum particles. The idea of supergravity originated mainly from the concept of supersymmetry. Symmetry or symmetry breaking is widely used in particle physics for the mathematical needs of quantum mechanics. A system is called symmetric if it remains the same under transformations of space-time or quantum states. For example, a perfect circle. The concept of supersymmetry is somewhat more complex. According to the principles of supersymmetry, every particle will have a bosonic component and a fermionic component. That is, if a quark carries a certain mass, there will be another particle with the same mass that carries force. On the other hand, a photon carries force naturally. In supersymmetry, there will be another partner photon that carries mass. After the mathematical processes of the entire system, if one of these hypothetical particles becomes positive, the other becomes negative and cancels out.[5]

Supergravity theory assumes that the carrier of the gravitational force will be the "graviton," which has a spin number of 2. It is a supersymmetric particle. Particles with spins of 3/2, 1, 1/2, and 0 can also be added to the graviton, where their spins are 5 (2s + 1 = 2 x 2 + 1 = 5), 3/2, 1/2, and 0, respectively. The energy of particles with spins of 0, 1, and 2 will be positive, while particles with spins of 3/2 and 1/2 will be negative. Thus, the sum of energies of these hypothetical particles will be the sum of positive and negative energies. However, calculating this infinite series of hypothetical particles can be time-consuming even for powerful computers, taking years after years. And if there's an error in the calculation, there's no going back—everything must start from scratch. So, while supergravity or supersymmetry (SUSY) may be successful mathematically, it's not very realistic. Super symmetry has not yet been proven in the Large Hadron Collider.

General relativity is a classical theory. When scientists attempted to quantize it, they pursued another method. We know gravity exists everywhere in the universe, and it is continuous. However, quantum systems are discrete. Scientists thought of quantum gravity as loops, where space-time would be quantized – meaning divided into small loops or spin networks. Just as in quantum mechanics, where energy levels are calculated in discrete steps, gravity would also be calculated in loop quantum gravity. This would allow for quantization of both two-dimensional area and three-dimensional volume. However, loop quantum gravity does not support singularities. This means that loop quantum gravity cannot provide answers to how the universe began. If it cannot answer this question, it cannot lay claim to the entire theory.

At this time, scientists introduced another theory of different concept – called string theory. More probable than supergravity theory, string theory posits that everything in the universe is made up of extremely small strings or filaments. According to the standard model of particle physics, where fundamental particles like electrons and quarks are assumed to be the end point, string theory suggests that these are not the ultimate particles; they are also made up of even smaller string-shaped waves. String theory is more complex than any other theory because it operates in a ten-dimensional world instead of the conventional four-dimensional space-time.[6]

Imagining ourselves living in a ten-dimensional space rather than the familiar three-dimensional space is not easy. But even on a smaller scale than electrons and quarks, space-time can be divided in such a way that there are ten dimensions. The concept of a ten-dimensional space is necessary in string theory for mathematical purposes. String theorists have attempted to mathematically prove that this theory is extremely successful and effective as a unified theory of everything. However, various research groups have discovered several more forms of string theory using different mathematical approaches. It has been observed that in the realm of multiple-dimensional space, one can split the five primary forms of string theory, each representing the conventional four-dimensional space-time, in various ways. All these forms were united into the extended version of string theory called M-theory. Stephen Hawking wrote in his book "The Grand Design", "Perhaps M stands for 'Master', 'Miracle', 'Mystery' - or all of them."[7] However, John Gribbin explained that the M in M-theory stands for "Membrane" instead of "String" or "Superstring."[8] It is believed that M-theory can explain everything in the universe. To work with M-theory, one needs eleven-dimensional space. It is said that in the ten-dimensional string theory, one dimension was dropped.

The powerful claim of M-theory is that it can explain everything in terms of its principles. Although no concrete evidence for it has been found yet, mathematically, M-theory can explain the workings of everything from one-dimensional strings, two-dimensional membranes, to three-dimensional objects. Mathematically, M-theory is so potent that it supports the idea of countless new universes. Scientists are exploring the theory of everything to express everything in a single universe. However, if M-theory is indeed that theory, then it gives rise to a new problem - the birth of even more countless universes. So, there is doubt about how successful it will be as a theory of everything.

Now the question arises, why do we need the theory of everything? There is no other branch of science, apart from physics, that is so concerned with this. But why do we need this theory in physics?

Einstein spent more than half of his life searching for the theory of everything - the Grand Unified Theory. He hoped to find a mathematical formula within which everything in the universe could be encapsulated. He was not successful, but physics did not suffer any loss from it.[9]

Later, theoretical physicists set their sights on a theory even more ambitious than Grand Unification, one that could provide answers to all the fundamental questions of the universe. Behind popularizing this theory, the contributions of scientists like Stephen Hawking were among the most significant. In 1981, in his first lecture as the Lucasian Professor, Stephen Hawking expressed hope that in the next twenty years, the Theory of Everything (TOE) would be discovered. Then, once the theoretical physicists had it in their hands, there would be no more work left to do. Stephen Hawking concluded his Brief History of Time in this manner: if we can discover a complete theory, it will not only be understandable to scientists, but to everyone. Then we will all be able to discuss why and how we and our universe came into existence.

Stephen Hawking's life partner, Jane Hawking, in her remarkable memoir "Music to Move the Stars: A Life with Stephen," recounts an anecdote where James Marsh, when making a film, contemplated naming it after one of Stephen Hawking's popular books, "The Theory of Everything."[10] Released in 2014, this film gained widespread popularity - for it was a reflection of Stephen Hawking's life. The book "The Theory of Everything" is a collection of seven popular science lectures by Stephen Hawking, initially published in 1996 as "The Cambridge Lectures." Later, in 2005, the book was published under the title "The Theory of Everything." The seventh and final chapter of the book is titled "The Theory of Everything." Five years later, in 2010, Stephen Hawking collaborated with Leonard Mlodinow to publish another popular book, "The Grand Design." In this book as well, there is a chapter titled "The Theory of Everything." Stephen Hawking considered the Theory of Everything to be the Grand Design of the universe.

But Stephen Hawking had sufficient doubt that the entire mystery of the universe could be solved by the sole theory of physics. In his 2002 lecture titled "Gödel and the End of Physics," Stephen Hawking said, "Many will be disappointed if we do not find one ultimate theory that can explain everything. I used to be one of them, but I have changed my mind. I am now glad that our search for understanding will never come to an end and that we will always have new discoveries to look forward to."



[1] P.C.W. Davies and J. Brown (Eds.), "Superstrings: A Theory of Everything?" Cambridge University Press, Cantor Edition, Victoria, 1992.

[2] James R. Johnson, "Does a Theory of Everything Exist?" Philosophy and Cosmology, Issue 26, 2021.

[3] "A Theory of Everything?" Nature, Issue 433, January 2005.

[4] Don Lincoln, "Einstein's Unfinished Dream: Practical Progress Towards a Theory of Everything," Oxford University Press, 2023.

[5] Moataz H. Imam (Ed.), "Are We There Yet? The Search for a Theory of Everything," Bentham Science Publishers, 2011.

[6] Brian Greene, "The Elegant Universe," Vintage Books, New York, 2003.

[7] Stephen Hawking and Leonard Mlodinow, "The Grand Design," Bantam Books, London, 2010.

[8] John Gribbin, "In Search of Superstrings," Second Edition, Icon Books, London, 2007.

[9] Michio Kaku, "The God Equation: The Quest for a Theory of Everything," Doubleday, New York, 2021.

[10] Stephen Hawking, "The Theory of Everything," Phoenix Books, California, 2005.


Sunday 5 May 2024

দ্য থিওরি অব এভরিথিং: সবকিছুর এক সুর - বাস্তবতা কত দূর

 


প্রাণিজগতে প্রজাতিগতভাবে সবচেয়ে অসন্তুষ্ট প্রজাতি হলো মানুষ। তারা কোনভাবেই তাদের বর্তমান অবস্থা নিয়ে সন্তুষ্ট নয়। তাই সবসময় তারা তাদের অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে চায়। আত্মসন্তুষ্টি যেকোনো সৃষ্টিশীলতার, আবিষ্কারের, উদ্ভাবনের মৃত্যু ডেকে আনে। মানুষ যদি সমষ্টিগতভাবে তাদের অবস্থা নিয়ে সন্তুষ্ট থাকতো – তাহলে তারা হয়তো এখনো প্রস্তরযুগেই রয়ে যেতো – পাথরের সাথে পাথর ঠুকে আগুন জ্বালানোর চেষ্টা করতো। যেমন সেই যুগের বন্য প্রাণিরা এখনো একইভাবে জীবনযাপন করছে। জীবনযাপনের গুণগত মানে, পদ্ধতিতে এবং ব্যবহারিকতায় মানুষের উত্তরপ্রজন্ম সবসময় তাদের পূর্বপ্রজন্মের চেয়ে এগিয়ে থাকছে – তাদের সামগ্রিক অসন্তুষ্টির কারণে। আর এই এগিয়ে থাকায় সারাক্ষণ সহযোগিতা করছে নতুন আবিষ্কার এবং উদ্ভাবন। 

আবিষ্কার এবং উদ্ভাবনে মগ্ন বিজ্ঞানীদের সবাই বিজ্ঞানের মূল উদ্দেশ্য সাধনেরই সাধনা করেন। সেই মূল উদ্দেশ্য হলো - জটিল রহস্যের সরলীকরণ। বিজ্ঞানের জটিল রহস্যের সরল সমাধান খুঁজে বের করতে গিয়ে ভিন্ন ভিন্ন শাখার বিজ্ঞানীরা ভিন্ন ভিন্ন পন্থা অবলম্বন করেন। যেমন মনোবিজ্ঞানীরা শরীর ও মস্তিষ্কের অভ্যন্তরীণ জটিল কাজকর্মের সাথে আনুষঙ্গিক অন্যান্য উপাদানের সম্পর্ক নির্ণয় করতে পারলেই মনে করেন জটিল সমস্যা সরল হয়ে গেল। জীববিজ্ঞানীরা ওইসব কাজকর্ম কীভাবে ঘটে তা আরো সরলভাবে বোঝার চেষ্টা করেন জীবকোষের গঠন এবং কার্যপদ্ধতি বোঝার মাধ্যমে। রসায়নবিজ্ঞানীরা আরো একটু গভীরে গিয়ে বুঝতে চেষ্টা করেন কোষের রাসায়নিক গঠন ও মিথষ্ক্রিয়ার প্রক্রিয়া। রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বরূপ উদ্ঘাটন করতে পারলে তাঁদের কাজ সহজ হয়ে যায়। অণু ও পরমাণুর কাজকর্ম বুঝতে পারলেই তাঁদের হয়ে যায়। কিন্তু পদার্থবিজ্ঞানীরা কোথাও থামতে চান না। তাঁরা ঢুকে যান পরমাণুর অভ্যন্তরে, নিউক্লিয়াসেরও ভেতরে। 

বিজ্ঞানের জগতে পদার্থবিজ্ঞান হলো ভীষণ রকমের সাম্রাজ্যবাদী। তাঁরা মনে করেন মহাবিশ্বের সমস্ত পদার্থ এবং শক্তি  এবং তাদের  মধ্যকার সমস্ত কাজকর্ম পদার্থবিজ্ঞানের অন্তর্ভুক্ত। মহাবিশ্বের জন্ম থেকে এ পর্যন্ত যা কিছু ঘটেছে এবং ভবিষ্যতেও যা ঘটবে তার সবকিছুই পদার্থবিজ্ঞানের আওতাভুক্ত। তাই পদার্থবিজ্ঞানের ব্যাপ্তি পরমাণুর অভ্যন্তরীণ গঠন থেকে শুরু করে গ্যালাক্সি পর্যন্ত বিস্তৃত। যতই দিন যাচ্ছে তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানের বিস্তৃতি আরো বাড়ছে। একটি মাত্র দৃশ্যমান মহাবিশ্ব নিয়ে সন্তুষ্টি নেই সেখানে আর। আরো অসংখ্য অদৃশ্য কাল্পনিক মহাবিশ্বের তত্ত্বও আবিষ্কৃত হচ্ছে। এত তত্ত্বের মাঝেও পদার্থবিজ্ঞানীদের সার্বিক লক্ষ্য হলো এমন একটি তত্ত্বের যার মাধ্যমে মহাবিশ্বের সবকিছু সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করা যাবে – যার নাম সবকিছুর তত্ত্ব বা থিওরি অব এভরিথিং।

তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানীরা মনে করেন থিওরি অব এভরিথিং (TOE) হবে পদার্থবিজ্ঞানের এমন একটি সর্বময় তত্ত্ব যে তত্ত্ব থেকে মহাবিশ্বের জন্ম কীভাবে হলো, কেন হলো, কীভাবে মহাবিশ্বের সবকিছু – কোয়ার্ক থেকে কসমস পর্যন্ত – কীভাবে কাজ করছে -  সব প্রশ্নের সঠিক উত্তর পাওয়া যাবে। এখানে ‘সব’ বলতে একেবারে ঢালাওভাবে সবকিছু বোঝানো হবে, নাকি শুধুমাত্র মূল বিষয়গুলি বোঝানো হবে সে ব্যাপারে মতভেদ আছে। 

মতভেদ থাকাটাই স্বাভাবিক। কারণ পদার্থবিজ্ঞানীদের অনেক দাবি আপাতদৃষ্টিতে মনে হয় ভুল কিংবা সঠিক প্রমাণ করা অত্যন্ত সময়সাপেক্ষ। যেমন আকাশে মেঘ কীভাবে তৈরি হয় তা পদার্থবিজ্ঞানের সূত্র দিয়ে সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করা যায়। কিন্তু যদি বলা হয় পদার্থবিজ্ঞানের সমীকরণ দিয়ে ছোট্ট একখন্ড মেঘের গাণিতিক মডেল তৈরি করতে যা একটা নির্দিষ্ট সময় পর আকাশে ঠিক ঠিক তৈরি হবে এবং আকার-আয়তন সবদিক দিয়ে মডেলের সাথে মিলে যাবে – পদার্থবিজ্ঞানের পক্ষে তা সঠিকভাবে করা সম্ভব হবে না। কারণ সেখানে এত বেশি পরিবর্তনশীল সূচক ব্যবহার করতে হবে যা অনেকগুলি সুপারকম্পিউটারের মাধ্যমেও সঠিকভাবে প্রয়োগ করা সম্ভব নয়। 

এরকম অসংখ্য উদাহরণ দেয়া যায়। যেমন একটি কাচের গ্লাস যদি হাত থেকে ফেলে দেয়া হয় – তা মাধ্যাকর্ষণ বলের প্রভাবে মেঝেতে পড়ে যাবে সেটা নিশ্চিতভাবে বলা যায়। কিন্তু মেঝেতে পড়ে গিয়ে ভেঙে যাবে কি না তা আগে থেকে বলে দিতে হলে জানতে হবে আরো অনেক কিছু – যেমন মেঝে কী দিয়ে তৈরি, গ্লাসটি কত ভারী, কত দূর থেকে কত বেগে ফেলা হয়েছে, আছাড় দেয়া হয়েছে নাকি এমনিতেই ফেলে দেয়া হয়েছে, গ্লাসের কাচের গাঠনিক উপাদান থেকে শুরু করে অসংখ্য প্যারামিটার। সবগুলি প্যারামিটার হিসেব করে বলা সম্ভব – গ্লাসটি ভাঙবে। গ্লাস ভাঙার পর কাচের ঠিক কতগুলি টুকরো হবে – তা কি সঠিকভাবে বলা সম্ভব? টুকরো গুলির আকার, আয়তন কীরকম হবে তা কি বলা সম্ভব? 

তাই সবকিছুর তত্ত্ব থেকে সমস্ত ডিটেলস বলা যাবে এরকম আশা কেউ করছেন না। কিন্তু আশা করা হচ্ছে এই তত্ত্ব থেকে ব্যাখ্যা করা যাবে মহাবিশ্বের সবগুলি প্রাকৃতিক বলের উৎস, শক্তির হিসেব, মহাবিশ্বের সূচনা কীভাবে হয়েছে, সমাপ্তি কীভাবে হবে। 

সবকিছুর তত্ত্ব বলতে আসলে কী তত্ত্ব বোঝানো হচ্ছে? কী হবে এই তত্ত্ব আবিষ্কৃত হলে? আর আবিষ্কৃত না হলেই বা কী অসুবিধা? এসব প্রশ্নের উত্তর দেয়ার আগে আমাদের দেখা দরকার এরকম তত্ত্বের ধারণা পদার্থবিজ্ঞানীদের মনে এলো কীভাবে। 

পঞ্চম শতাব্দীতে গ্রিক দার্শনিক লুসিপাস ও ডেমোক্রিটাসের অ্যাটমিজম বা পরমাণুতা তত্ত্ব ছিল প্রথম সবকিছুর তত্ত্ব। এই তত্ত্ব দিয়ে তাঁরা বোঝাতে চেয়েছিলেন পরমাণু দিয়েই মহাবিশ্বের সবকিছু তৈরি। পরবর্তী হাজার বছর ধরে এই ধারণা টিকে ছিল যে পরমাণু অবিভাজ্য। 

পরমাণুতা তত্ত্বকে সবকিছুর তত্ত্ব বলার কারণ কী ছিল? কারণ ছিল এই যে – সেই সময়ে যেকোনো বস্তুই কী দিয়ে তৈরি হয়েছে জিজ্ঞেস করা হলে উত্তর হতো – পরমাণু দিয়ে। আর বস্তুর অভ্যন্তরীণ কাজকর্মকেও ব্যাখ্যা করা হতো পরমাণুর সাথে পরমাণুর মিথষ্ক্রিয়ার মাধ্যমে। ভিন্ন ভিন্ন পদার্থের ভিন্ন ভিন্ন পরমাণু থাকলেও সব পদার্থের মৌলিক উপাদান মনে করা হতো পরমাণুকে। সেহিসেবে সেই সময়ের সবকিছুর তত্ত্বের মূলে ছিল পদার্থের মৌলিক উপাদান। 

পরের কয়েক শতকের মধ্যেই পদার্থবিজ্ঞানের ব্যাপক উন্নতি ঘটে। আবিষ্কৃত হতে থাকে ন্যাচারাল ফোর্স বা প্রাকৃতিক বলগুলি। 

১৬৮৭ সালে প্রকাশিত হয় নিউটনের ল অব গ্রাভিটি বা মহাকর্ষ বলের সূত্র। প্রাকৃতিক বলগুলির মধ্যে এই বলের কথাই প্রথম জানা যায় আইজাক নিউটনের আবিষ্কারের মাধ্যমে। মহাকর্ষ বল অত্যন্ত দুর্বল বল। কিন্তু এই দুর্বল বলই মহাবিশ্বের সব বস্তুকে একে অপরের সাথে অদৃশ্যভাবে টেনে ধরে রেখেছে। মহাকর্ষ বল আকর্ষণ বল। মহাবিশ্বের সবখানেই এর প্রভাব আছে। মহাকর্ষের তত্ত্ব অনুসারে – দুটো বস্তুর মধ্যে আকর্ষণ বল বস্তুদুটোর ভরের গুণফলের সমানুপাতিক এবং বস্তু দুটোর পারস্পরিক দূরত্বের বর্গের বিপরীত অনুপাতিক। বস্তু যত বড় হবে, এবং ভর যত বেশি হবে তাদের মধ্যকার আকর্ষণ বলের পরিমাণ তত বেড়ে যাবে। আবার তারা যত বেশি কাছাকাছি থাকবে, বলের পরিমাণও তত বেড়ে যাবে। দূরত্ব যদি দ্বিগুণ বেড়ে যায়, বলের পরিমাণ চার গুণ কমে যাবে। মহাকর্ষ বলের তত্ত্ব অনুযায়ী কোন বস্তুই অন্য কোন বস্তুকে বিকর্ষণ করে না। নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব বস্তুর মধ্যে কীভাবে আকর্ষণ বল কাজ করে তার হিসেব দেয়, কিন্তু কেন আকর্ষণ করে তার কোন ব্যাখ্যা দেয় না। তবে মহাকর্ষ বলের আকর্ষণেই যে মহাবিশ্বের উপগ্রহ-গ্রহ-নক্ষত্র-গ্যালাক্সি সব একে অপরকে কেন্দ্র করে ঘুরছে তার মোটামুটি ব্যাখ্যা পাওয়া যায়। 

১৭৫০ থেকে ১৮৫০ সালের মধ্যে ইওরোপের অনেক দেশের বিজ্ঞানীরা আলাদা আলাদা ভাবে  বিদ্যুৎ ও চুম্বকত্ব সম্পর্কে অনেক পরীক্ষানিরীক্ষা করে বিদ্যুৎ ও চুম্বকের অনেক ধর্ম আবিষ্কার করেন। তাদের মধ্যে সবচেয়ে দরকারি আবিষ্কার ছিল – গতিশীল বৈদ্যুতিক চার্জের ফলে চুম্বকত্বের সৃষ্টি হয়, আর গতিশীল চুম্বক বৈদ্যুতিক চার্জ তৈরি করতে পারে। ডেনমার্কের পদার্থবিজ্ঞানী হ্যান্স ক্রিস্টিয়ান ওরস্টেড ১৮২০ সালে নিশ্চিত হন যে বিদ্যুৎ ও চুম্বকের মধ্যে একটি পারস্পরিক সম্পর্ক আছে। তিনি সেই সম্পর্কের নাম দেন ইলেকট্রোম্যাগনেটিজম বা তড়িৎচুম্বকত্ব। 

১৮৩১ সালে ব্রিটিশ পদার্থবিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডে পরীক্ষাগারে প্রমাণ করেন যে বৈদ্যুতিক প্রবাহ থেকে চুম্বকত্ব উৎপন্ন হয়, আবার চুম্বকক্ষেত্র থেকে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করা যায়। এর চৌদ্দ বছর পর ফ্যারাডে আরো আবিষ্কার করেন যে বিদ্যুৎ ও চুম্বকত্বের সাথে আলোরও নিবিড় সম্পর্ক আছে। 

এরপর ১৮৬১ সালে স্কটিশ পদার্থবিজ্ঞানী জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল সঠিকভাবে ধারণা দিলেন- যদি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের পরিবর্তন ঘটে তাহলে চৌম্বক ক্ষেত্রের সৃষ্টি হয়। আবার যদি চৌম্বকক্ষেত্রের পরিবর্তন ঘটে, তাহলে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সৃষ্টি হয়। আরো সোজাভাবে বললে বলা যায় - বিদ্যুৎ থেকে চুম্বকত্ব পাওয়া যায়, চুম্বকত্ব থেকে পাওয়া যায় বিদ্যুৎ। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র এবং চৌম্বকক্ষেত্র পরস্পর লম্বভাবে থাকে সবসময়। ম্যাক্সওয়েল গাণিতিকভাবে হিসেব করে দেখান যে শূন্যস্থানে আলোর বেগ সেকেন্ডে তিন লক্ষ কিলোমিটার। পরবর্তীতে আমরা দেখেছি যে আলো তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গের দৃশ্যমান অংশ। কিন্তু বিশাল অদৃশ্য অংশে রয়েছে কম শক্তিসম্পন্ন বেতারতরঙ্গ, অবলোহিত রশ্মি বা ইনফ্রারেড রে, মাইক্রোওয়েভ, এবং বেশি শক্তিসম্পন্ন আলট্রাভায়োলেট রে বা অতিবেগুনি রশ্মি, এক্স-রে, গামা-রে ইত্যাদি। বিংশ শতাব্দী এবং একবিংশ শতাব্দীর প্রযুক্তিতে তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গের ব্যাপক ব্যবহার আমরা দেখছি ভূমি থেকে মহাকাশ, মোবাইল ফোন থেকে চিকিৎসাবিজ্ঞান - সবখানে। 

ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব থেকে পাওয়া গেল দ্বিতীয় প্রাকৃতিক বল – তড়িৎচুম্বক বল। তড়িৎচুম্বক বল মহাকর্ষ বলের তুলনায় অনেক বেশি শক্তিশালী। গাণিতিকভাবে মহাকর্ষ বলের সাথে খুব সাদৃশ্য আছে তড়িৎচুম্বক বলের। দুটো চার্জের মধ্যে তড়িৎচুম্বক বলের পরিমাণ চার্জ দুটোর পরিমাণের গুণফলের সমানুপাতিক এবং তাদের মধ্যবর্তী দূরত্বের বর্গের বিপরীত অনুপাতিক। মহাকর্ষ বলের মতোই এই বলের তীব্রতা বাড়ে যদি চার্জের পরিমাণ বাড়ে। চার্জের মধ্যবর্তী দূরত্ব দ্বিগুণ বেড়ে গেলে বলের পরিমাণ চার গুণ কমে যায়। তবে মহাকর্ষ বলের সাথে তড়িৎচুম্বক বলের গুণগত যে পার্থক্য আছে সেটা হলো – এই বল আকর্ষণ কিংবা বিকর্ষণ দুটোই হতে পারে। যদি চার্জদুটো একই ধর্মের হয় (দুটোই ধ্বনাত্মক বা দুটোই ঋণাত্মক) তড়িৎচুম্বক বল হবে বিকর্ষণ বল। কিন্তু যদি চার্জদুটো বিপরীত ধর্মের হয় (একটি ধ্বনাত্মক, অন্যটি ঋণাত্মক), তখন বল হবে আকর্ষণ বল। এর ফলে বড় বড় বস্তুর ক্ষেত্রে আকর্ষণ বল ও বিকর্ষণ বল পরস্পরকে নিষ্ক্রিয় করে দেয়। তাই বড় বস্তুর মধ্যে তড়িৎচুম্বক বল ততটা কার্যকর থাকে না। কিন্তু অণু ও পরমাণুর মধ্যে এই বল খুবই সক্রিয়। সব ধরনের রাসায়নিক বিক্রিয়া ও জৈবরাসায়নিক ক্রিয়াকলাপ ঘটে তড়িৎচুম্বক বলের প্রভাবে।

১৮৯৫ সালে এক্স-রে, ১৮৯৬ সালে রেডিও অ্যাকটিভিটি এবং ১৮৯৭ সালে ইলেকট্রন আবিষ্কৃত হবার পর পদার্থবিজ্ঞানীদের মধ্যে অনেকেরই ধারণা জন্মে যে পদার্থবিজ্ঞানের সবকিছুর তত্ত্ব পাওয়া হয়ে গেছে, মহাকর্ষ ও তড়িৎচুম্বক তত্ত্ব দিয়েই সবকিছু ব্যাখ্যা করে ফেলা যাবে। ১৯০০ সালে ব্রিটিশ অ্যাসোসিয়েশান ফর দি অ্যাডভান্সমেন্ট অব সায়েন্স-এর এক বক্তৃতায় লর্ড কেলভিন তো বলেই ফেলেছিলেন, “পদার্থবিজ্ঞানে আবিষ্কার করার মতো এখন আর কিছুই অবশিষ্ট নেই। এখন বাকি আছে শুধু পুঙ্খানুপূঙ্খ পরিমাপ।“ 

কিন্তু লর্ড কেলভিনের কথা ভুল প্রমাণিত হতে দেরি হলো না। বিংশ শতাব্দীর শুরু থেকেই পদার্থবিজ্ঞানের নতুন নতুন তত্ত্ব আবিষ্কারের পালে হাওয়া লাগে। একদিকে ম্যাক্স প্ল্যাংকের হাত ধরে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের যাত্রা শুরু হয়েছে। অন্যদিকে আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯০৫ সালে একের পর এক চারটি গবেষণাপত্র প্রকাশ করে বদলে দিয়েছেন পুরো মহাবিশ্বের ধারণা। আবিষ্কৃত হয়েছে স্পেশাল থিওরি অব রিলেটিভিটি, প্রতিষ্ঠিত হয়েছে শক্তির সাথে ভর ও আলোর গতির সম্পর্ক। 

আপেক্ষিকতার বিশেষ তত্ত্ব আবিষ্কারের ফলে মহাকর্ষ তত্ত্বে ভর এবং দূরত্ব দুটোতেই সমস্যা হয়ে গেল। নিউটনের তত্ত্ব অনুসারে বস্তুর গতির সাথে ভরের কোন পরিবর্তন ঘটে না, কিন্তু আইনস্টাইনের তত্ত্ব অনুসারে গতির পরিবর্তনের সাথে ভরের পরিবর্তন ঘটে। আবার নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্বে বস্তুর মধ্যবর্তী যে দূরত্বের ব্যাপার আছে – সেই দূরত্ব মাপার কোন ফ্রেম অব রেফারেন্স নির্দিষ্ট করা নেই। কিন্তু আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার তত্ত্ব অনুসারে এই দূরত্ব রেফারেন্স ফ্রেমের উপর নির্ভরশীল। ধীরগতির বস্তুর ক্ষেত্রে দূরত্বের এই পার্থক্য খুব একটা বেশি নয়, কিন্তু প্রচন্ড গতিশীল গ্রহ-নক্ষত্রের মধ্যে মহাকর্ষ বল হিসেব করতে হলে দূরত্ব মাপার ক্ষেত্রে অবশ্যই আপেক্ষিকতার তত্ত্ব প্রয়োগ করতে হবে। 

আইনস্টাইন দেখলেন নিউটনের মহাকর্ষ বলের তত্ত্ব সংস্করণ করার দরকার। পরবর্তী দশ বছর ধরে গবেষণা করে ১৯১৫ সালে আইনস্টাইন প্রকাশ করলেন আপেক্ষিকতার সার্বিক তত্ত্ব যা মূলত আইনস্টাইনের মহাকর্ষ তত্ত্ব। এই তত্ত্ব অনুসারে মহাকর্ষ বল স্থান-কালের উপর ভরের প্রভাবে যে বক্রতা তৈরি হয় তার উপর নির্ভর করে। ধরতে গেলে জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটি পদার্থবিজ্ঞানকে জ্যামিতিতে পরিণত করে ফেলেছে। জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটির সার্থক প্রমাণ জ্যোতির্বিজ্ঞানে নিয়মিত পাওয়া যাচ্ছেই। তার ব্যবহারিক প্রমাণ – বর্তমানের সবগুলি স্যাটেলাইট, জিপিএস ন্যাভিগেশান ইত্যাদি। 

স্পেশাল ও জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটি আবিষ্কারের পর আইনস্টাইন প্রাকৃতিক বলের তত্ত্বগুলিকে একীভূত করে একটি সমন্বিত তত্ত্ব আবিষ্কারের চেষ্টা করে গেছেন তাঁর বাকি জীবন। কিন্তু সাফল্যের মুখ দেখেননি। বর্তমানে বিজ্ঞানীরা ধারণা করছেন আইনস্টাইন সফল হতে পারেননি – কারণ তিনি কোয়ান্টাম মেকানিক্স ব্যবহারের ব্যাপারে উৎসাহী ছিলেন না। তাছাড়া মহাকর্ষ তত্ত্বে অর্থপূর্ণভাবে কোয়ান্টাম মেকানিক্স প্রয়োগ করা এখনো সহজ নয়। 

পরমাণুর নিউক্লিয়াস, প্রোটন ও নিউট্রন আবিষ্কারের পর রেডিওঅ্যাকটিভিটির তত্ত্ব থেকে আরো দুটো প্রাকৃতিক বল আবিষ্কৃত হলো – দুর্বল নিউক্লিয়ার বল এবং সবল নিউক্লিয়ার বল। দুর্বল নিউক্লিয়ার বল রেডিওঅ্যাকটিভিটির জন্য দায়ী। এই বলের ফলেই মহাবিশ্বের শুরুতে নক্ষত্রগুলিতে বিভিন্ন মৌল তৈরি হয়েছে। আমাদের দৈনন্দিন জীবনে আমরা সাধারণত এই বল অনুভব করি না। 

প্রকৃতির চতুর্থ বল সবল নিউক্লিয়ার বল। নিউক্লিয়াসের ভেতর প্রোটন ও নিউট্রনগুলিকে শক্তভাবে ধরে রাখে এই বল। চারটি প্রাকৃতিক বলের মধ্যে সবচেয়ে শক্তিশালী বল হলো সবল নিউক্লিয়ার বল। নিউক্লিয়াসের বাইরে এই বল অনুভূত হয় না। সবল নিউক্লিয়ার বল প্রচন্ড আকর্ষণ বল।

আইনস্টাইনসহ তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানীদের আরো অনেকে এই চারটি প্রাকৃতিক বলকে একীভূত করে একটি গ্রান্ড ইউনিফাইড থিওরি বা সমন্বিত তত্ত্ব আবিষ্কারের চেষ্টা করছিলেন। মহাকর্ষ বল ছাড়া বাকি তিনটি বল অত্যন্ত ক্ষুদ্র পারমাণবিক স্কেলের বস্তুর (পরমাণু, ইলেকট্রন, প্রোটন, কোয়ার্ক) উপর প্রযোজ্য। অণু পরমাণুর কাজকর্ম সঠিকভাবে বুঝতে হলে কোয়ান্টাম মেকানিক্স প্রয়োগ করেই বুঝতে হবে। তাই তড়িতচুম্বক বল, দুর্বল নিউক্লিয়ার বল, সবল নিউক্লিয়ার বল সবগুলিরই কোয়ান্টাম মেকানিক্সে রূপান্তরিত করা দরকার। 

আবার মহাকর্ষ বল গ্রহ-নক্ষত্র-গ্যালাক্সির মতো বড় বড় বস্তুর উপর প্রয়োগ করার ক্ষেত্রে তার কোয়ান্টাম মেকানিক্সে রূপান্তরিত করার দরকার নেই। কিন্তু আমরা যদি আদি মহাবিশ্ব সম্পর্কে জানতে চাই – তাহলে সিঙ্গুলারিটি থেকে শুরু করতে হবে। সেই সময় সবকিছুই ছিল মাইক্রোস্কোপিক। তাই মহাকর্ষ তত্ত্বকেও কোয়ান্টাম তত্ত্বে রূপান্তর না করলে হবে না। 

নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব হোক, কিংবা আইনস্টাইনের জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটির মহাকর্ষ তত্ত্ব হোক – দুটোই ক্লাসিক্যাল থিওরি। এদের কোনটিকেই কোয়ান্টাম তত্ত্বে রূপান্তর করা সম্ভব নয়। কারণ কোয়ান্টাম তত্ত্বে হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তার নীতি কাজ করে। জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটিতে অনিশ্চয়তার নীতি প্রয়োগ করলে তার ফলাফল বাস্তবসম্মত হবে না। যেমন তখন ব্ল্যাকহোল পুরোপুরি ব্ল্যাক হবে না, শূন্যস্থানও পুরোপুরি শূন্য হবে না। 

সবকিছুর তত্ত্ব পেতে হলে প্রকৃতির সবগুলি বলকে সমন্বিত করতে হবে। সেটা করতে হলে চারটি বলেরই কোয়ান্টাম রূপান্তর ঘটাতে হবে। এই তত্ত্বগুলির কোয়ান্টাম রূপকে বলা হয় – কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি। বাংলায় কোয়ান্টাম ক্ষেত্রতত্ত্বও বলে থাকেন অনেকে। কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরিতে বস্তুকণা বা ভর বিনিময় কণা হলো ফার্মিয়ন (ইলেকট্রন ও কোয়ার্ক), এবং ফার্মিয়নগুলির মধ্যে বল বিনিময় কণা হলো বোসন (ফোটন)। 

তড়িৎচুম্বক বলের কোয়ান্টাম রূপান্তর সম্ভব হয়েছে রিচার্ড ফাইনম্যানের কোয়ান্টাম ইলেকট্রোডায়নামিক্স আবিষ্কারের মাধ্যমে। 

কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি প্রয়োগ করে তড়িৎচুম্বক বল ও দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের সমন্বয় ঘটিয়েছেন প্রফেসর আবদুস সালাম, স্টিভেন ওয়াইনবার্গ এবং শেলডন গ্ল্যাসো। 

দুর্বল নিউক্লিয়ার বল ও তড়িৎচৌম্বক বল মূলত একই রকম। কিন্তু তাদেরকে ভিন্ন মনে হয় কারণ দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের বিনিময় কণার ভর আছে, কিন্তু তড়িৎচৌম্বক বলের বিনিময় কণার ভর নেই। কিন্তু উভয় ক্ষেত্রেই বল বিনিময় কণা হলো বোসন। তড়িৎচৌম্বক বলের ক্ষেত্রে বিনিময় কণা ফোটন যার স্থির ভর শূন্য। ফোটন আলোর বেগে চলে। দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের ক্ষেত্রে বিনিময় কণার ভর আছে। ফলে এই বোসনগুলোর বেগ দূরত্বের সাথে বদলে যায়। 

দুর্বল নিউক্লিয়ার মিথষ্ক্রিয়ায় চার্জের পরিবর্তন ঘটে। অর্থাৎ চার্জহীন নিউট্রন ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্রোটন বা ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রনে পরিণত হয়। ফলে যে কারেন্ট পাওয়া যায় তাকে চার্জড কারেন্ট বলা যায়। অন্যদিকে তড়িৎচৌম্বক বলের ক্ষেত্রে চার্জের কোন পরিবর্তন ঘটে না। ফলে এক্ষেত্রে যে কারেন্ট পাওয়া যায় তাকে নিউট্রাল কারেন্ট বলা যায়। 

ওয়াইনবার্গ ও সালামের তত্ত্ব প্রমাণ করে যে দুর্বল নিউক্লিয়ার বল ও তড়িৎচৌম্বক বলের মধ্যে একমাত্র পার্থক্য হলো বিনিময় কণা বোসনের ভরে। তড়িৎচৌম্বক বলের ক্ষেত্রে বিনিময় কণা ফোটন ভরহীন, কিন্তু দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের ক্ষেত্রে বিনিময় কণা বোসনের (W) ভর প্রোটনের ভরের প্রায় একশ' গুণ। দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের বোসনকে এ কারণে ভারী ফোটনও বলা হয়। 

আবদুস সালাম ও স্টিভেন ওয়াইনবার্গ ধারণা দেন যে দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের ক্ষেত্রে নিউট্রাল কারেন্ট ও চার্জড-কারেন্ট দুটোই পাওয়া যেতে পারে। দুটো মিথষ্ক্রিয়ার বল বিনিময় কণাগুলোকে একই পরিবারভুক্ত করে নাম দেয়া হয় W+, W- এবং Z0 বোসন। +, - এবং ০ যথাক্রমে ধনাত্মক, ঋণাত্মক এবং নিউট্রাল চার্জড বোসন বোঝায়। তিনটাকে এক সাথে ইন্টারমিডিয়েট ভেক্টর বোসন বলা হয়। এই ভেক্টর বোসনগুলো নিউক্লিয়াসের ভেতরে খুবই ভারী। আর সেখানেই দুর্বল মিথষ্ক্রিয়া ঘটে। নিউক্লিয়াসের বাইরে ঘটে তড়িৎচুম্বক মিথষ্ক্রিয়া। 

১৯৭৩ সালে সার্নের পরীক্ষাগারে নিউক্লিয়াস ও নিউট্রিনোর মিথষ্ক্রিয়া ঘটিয়ে কোন ধরনের চার্জ বিনিময় ছাড়াই দুর্বল নিউক্লিয়ার মিথষ্ক্রিয়া ঘটানো সম্ভব হলো। নিউট্রাল কারেন্টের অস্তিত্ব প্রমাণিত হলো। ফার্মি ল্যাবেও একই ধরনের রেজাল্ট পাওয়া গেলো। ১৯৭৮ সালে স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির ইলেকট্রন এক্সিলারেটরে (SLAC) ইলেট্রন ও ডিউটেরনের মিথষ্ক্রিয়া ঘটিয়েও দুর্বল নিউক্লিয়ার বল এবং তড়িৎচালক বলের সমন্বয়ের প্রমাণ পাওয়া গেলো। এই আবিষ্কারের জন্য ১৯৭৯ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল পুরষ্কার দেয়া হয় বিজ্ঞানী আবদুস সালাম, স্টিভেন ওয়াইনবার্গ ও শেলডন গ্ল্যাশোকে।

তড়িৎচুম্বক বল ও দুর্বল নিউক্লিয়ার বল একীভূত করা সম্ভব দেখে সমন্বিত তত্ত্বের বিজ্ঞানীরা আরো উৎসাহিত হয়ে উঠলেন বাকি বলগুলিকেও একত্রিত করে ফেলার ব্যাপারে। সবল নিউক্লিয়ার বলের কোয়ান্টাম প্রক্রিয়া সামলানোর জন্য আবিষ্কৃত হলো কোয়ান্টাম ক্রোমোডায়নামিক্স। নিউক্লিয়াসের ভেতরের প্রোটন ও নিউট্রনকেও ততদিনে ভেঙে ফেলেছেন বিজ্ঞানীরা। আবিষ্কৃত হয়েছে আরো ক্ষুদ্র মৌলিক কণা কোয়ার্ক। কোয়ার্কের প্রকৃতি অনুযায়ী তাদেরকে ছয়টি শ্রেণিতে ভাগ করা হয়েছে – আপ কোয়ার্ক, ডাউন কোয়ার্ক, টপ কোয়ার্ক, বটম কোয়ার্ক, চার্ম কোয়ার্ক ও স্ট্রেঞ্জ কোয়ার্ক। দুটো আপ কোয়ার্ক আর একটি ডাউন কোয়ার্ক মিলে হয় একটি প্রোটন, আবার দুটো ডাউন কোয়ার্ক আর একটি আপ কোয়ার্ক মিলে হয় একটি নিউট্রন। নিউক্লিয়াসের ভেতর কোয়ার্কগুলি পরস্পরের কাছ থেকে যত দূরে যায় তাদের মধ্যকার আকর্ষণ বল বাড়ে। সে কারণেই প্রকৃতিতে বিচ্ছিন্ন কোন কোয়ার্ক পাওয়া যায় না। 

মৌলিক কণার স্ট্যান্ডার্ড মডেলে হিগস বোসনের অন্তর্ভুক্তির মাধ্যমে স্ট্যান্ডার্ড মডেল সম্পূর্ণতা পেয়েছে। স্ট্যান্ডার্ড মডেল অনুসারে মহাবিশ্বের সবকিছুর ভর তৈরি হয়েছে ছয়টি কোয়ার্ক ও ছয়টি লেপটন কণার (ইলেকট্রন, ইলেকট্রন নিউট্রিনো, মিউয়ন, মিউয়ন নিউট্রিনো, টাউ এবং টাউ নিউট্রিনো) সমন্বয়ে। এদের মধ্যে মাত্র চারটি কণা (আপ কোয়ার্ক, ডাউন কোয়ার্ক, ইলেকট্রন ও ইলেকট্রন নিউট্রিনো) হলো সব পদার্থের মূল উপাদান। পারমাণবিক স্কেলে বল নিয়ন্ত্রিত হয় বল বিনিময়কারী বোসন কণার (Z, W, ফোটন, গ্লুয়ন এবং হিগস) মাধ্যমে। 

স্ট্যান্ডার্ড মডেলের মৌলিক কণাগুলির তত্ত্ব পরমাণু ও নিউক্লিয়ার স্কেলের কাজকর্মকে সমন্বিতভাবে ব্যাখ্যা করতে পারলেও বড় স্কেলের মহাকর্ষকে কিছুতেই একত্রিত করতে পারছে না। কারণ মহাকর্ষ বলের সার্থক কোয়ান্টাম রূপান্তর করা যাচ্ছে না। 

১৯৭৬ সালে বিজ্ঞানীরা একটি সম্ভাবনা দেখলেন। গ্রাভিটি থিওরি সামলানোর জন্য এই সম্ভাবনার নাম দেয়া হলো সুপারগ্রাভিটি। এটি মূলত আইনস্টাইনের জেনারেল রিলেটিভিটির সাথে কিছু তাত্ত্বিক কোয়ান্টাম কণার সমন্বিত রূপ। গ্রাভিটির সাথে সুপার কথাটি যোগ করা হয়েছে মূলত সুপারসিমেট্রির ধারণা থেকে। পদার্থবিজ্ঞানে সিমেট্রি বা সাম্যতার ব্যাপারটা খুবই ব্যবহার করা হয় কোয়ান্টাম মেকানিক্সের গাণিতিক প্রয়োজনে। স্থান-কাল ও কোয়ান্টাম স্টেট  উল্টে দিলেও যদি কোন সিস্টেম একই থাকে – তাকে সিমেট্রিক্যাল সিস্টেম বলা হয়। যেমন একটি সুষম বৃত্ত। সুপারসিমেট্রির ধারণাটি আরেকটু জটিল। সুপারসিমেট্রি তত্ত্ব অনুসারে যে কোন কণারই একটি ভরবাহী অংশ থাকবে, এবং একই সাথে আরেকটি বলবাহী অংশ থাকবে। অর্থাৎ একটি কোয়ার্ক যদি স্বাভাবিকভাবে ভর বহন করে তার একই রকমের একটি সহযোগী কণা থাকবে যেটা বল বহন করবে। অন্যদিকে একটি ফোটন স্বাভাবিকভাবে বল বহন করে। সুপারসিমেট্রিতে ফোটনের আরেকটি সহযোগী ফোটন থাকবে যেগুলি ভর বহন করবে। পুরো সিস্টেমের গাণিতিক প্রক্রিয়া শেষ হবার পর অবশ্য এই কাল্পনিক কণাগুলির ভর ও বলবাহী অংশগুলি সমন্বিতভাবে একটি ধনাত্মক হলে অন্যটি ঋণাত্মক হয়ে বাতিল হয়ে যাচ্ছে। 

সুপারগ্রাভিটি তত্ত্বে ধারণা করা হচ্ছে মহাকর্ষ বল বহনকারী কণা হবে ‘গ্রাভিটন’ যার স্পিন সংখ্যা ২। এটি একটি সুপারসিমেট্রিক কণা। স্পিন-২ কণার স্পিন কোয়ান্টাম সংখ্যা হতে পারে ৫টি (2s + 1 = 2 x 2 +1 = 5)। অর্থাৎ গ্রাভিটনের সাথে আরো চারটি কাল্পনিক কণা যোগ করা যাবে যাদের স্পিন সংখ্যা ৩/২, ১, ১/২, এবং ০। স্পিন সংখ্যা ০, ১, এবং ২ সম্পন্ন কণাগুলির শক্তি হবে ধনাত্মক। স্পিন সংখ্যা ৩/২ এবং ১/২ সম্পন্ন কণাগুলির শক্তি হবে ঋণাত্মক। এভাবে অসীম সম্ভাবনার শেষ পর্যন্ত যোগফল হবে ধনাত্মক ও ঋণাত্মক শক্তির কাটাকাটি। কিন্তু এই কাল্পনিক কণার অসীম সম্ভাবনা সিরিজের হিসেব করতে শক্তিশালী কম্পিউটারেরও সময় লেগে যেতে পারে বছরের পর বছর। আর হিসেবে ভুল হলে তো কথাই নেই – সবকিছু আবার প্রথম থেকে শুরু করতে হবে। তাই সুপারগ্রাভিটি বা সুপারসিমেট্রি (SUSY) গাণিতিকভাবে সফল হলেও খুব একটা বাস্তবসম্মত নয়। লার্জ হার্ড্রন কোলাইডারে এখনো সুপারসিমেট্রির প্রমাণ পাওয়া যায়নি। 

জেনারেল থিওরি অব রিলেটিভিটি ক্লাসিক্যাল থিওরি। এটাকে কোয়ান্টামে রূপান্তর ঘটানোর জন্য বিজ্ঞানীরা আরেকটি ভিন্ন পদ্ধতি নিয়ে অগ্রসর হলেন। আমরা জানি মহাকর্ষ বল মহাবিশ্বের সবখানে আছে, এবং তা নিরবিচ্ছিন্ন। কিন্তু কোয়ান্টাম সিস্টেম হলো বিচ্ছিন্ন সিস্টেম। বিজ্ঞানীরা চিন্তা করলেন লুপ কোয়ান্টাম গ্রাভিটির – যেখানে স্পেস-টাইম হবে কোয়ান্টাইজড – অর্থাৎ ছোট ছোট লুপ বা স্পিন নেটওয়ার্কে বিভক্ত। কোয়ান্টাম মেকানিক্সে যেভাবে গুচ্ছ গুচ্ছ শক্তিস্তরের হিসেব করা হয় – সেভাবে গ্রাভিটিকেও গুচ্ছ গুচ্ছ লুপ গ্রাভিটি ধরে হিসেব করা হবে। যার ফলে দ্বিমাত্রিক এরিয়া কোয়ান্টাইজেশান বা ত্রিমাত্রিক ভল্যুম কোয়ান্টাইজেশানও করা যাবে। কিন্তু লুপ কোয়ান্টাম গ্রাভিটি কোন সিঙ্গুলারিটি সমর্থন করে না। অর্থাৎ লুপ কোয়ান্টাম গ্রাভিটির মাধ্যমে মহাবিশ্বের সূচনা কীভাবে হয়েছিল সেই প্রশ্নের উত্তর পাওয়া যাবে না। এই প্রশ্নের উত্তর পাওয়া না গেলে এটি সবকিছুর তত্ত্বের পুরোপুরি দাবিদার হতে পারবে না। 

এসময় ভিন্ন ধারণার একটি তত্ত্বের প্রবর্তন করেন বিজ্ঞানীরা – যার নাম স্ট্রিং থিওরি। সুপারগ্রাভিটি তত্ত্বের চেয়েও বেশি সম্ভাবনাময় তত্ত্ব হলো স্ট্রিং থিওরি। কারণ স্ট্রিং থিওরি অনুসারে মহাবিশ্বের সবকিছুই তৈরি হয়েছে অত্যন্ত ক্ষুদ্রাকারের সূতা বা স্ট্রিং থেকে। পার্টিক্যাল ফিজিক্সের স্ট্যান্ডার্ড মডেল অনুযায়ী যেখানে মৌলিক কণা – ইলেকট্রন, কোয়ার্ক ইত্যাদি কণা আকারে রয়েছে, সেখানে স্ট্রিং থিওরি বলছে ইলেকট্রন কিংবা কোয়ার্ক পদার্থের শেষ কথা নয়। বরং এগুলিও তৈরি হয়েছে আরো ক্ষুদ্র তরঙ্গ আকারের স্ট্রিং থেকে। স্ট্রিং তত্ত্ব প্রচলিত যে কোনো তত্ত্বের চেয়ে জটিল – কারণ এটি প্রচলিত স্পেস-টাইমের চার মাত্রিক ভুবনের বদলে দশ মাত্রিক ভুবনে কাজ করে। 

ত্রিমাত্রিক ভুবনে বাস করে দশ মাত্রিক ভুবন কল্পনা করা আমাদের জন্য সহজ নয়। কিন্তু ইলেকট্রন কোয়ার্কের চেয়েও ছোট স্কেলে স্পেস-টাইম এমনভাবে একট মাত্রার সাথে অন্যমাত্রা ভাঁজ হয়ে থাকে যে সেখানে দশ মাত্রা থাকতেই পারে। গাণিতিক প্রয়োজনেই স্ট্রিং তত্ত্বে দশ মাত্রিক ভুবনের ধারণা নেয়া হয়েছে। প্রচলিত তিন মাত্রিক ভুবনের প্রত্যেকটি মাত্রাকে তিন মাত্রিক ধরে তাদের সাথে সময়ের মাত্রা যোগ করে দশ মাত্রিক ভুবন। 

স্ট্রিং তত্ত্বের বিজ্ঞানীরা গাণিতিকভাবে প্রমাণ করার চেষ্টা করেছেন যে এই তত্ত্ব সবকিছুর সমন্বিত তত্ত্ব হিসেবে অত্যন্ত সফল এবং কার্যকর। কিন্তু বিভিন্ন গবেষকদল বিভিন্ন গণিত ব্যবহার করে স্ট্রিং তত্ত্বের আরো অনেকগুলি রূপ আবিষ্কার করে ফেললেন। দেখা গেলো বহুমাত্রিক ভুবন অসংখ্য রূপে একের ভেতর অন্যটি ভাঁজ হয়ে থাকতে পারে। সকল কাজের একটি মাত্র তত্ত্ব আবিষ্কার করতে গিয়ে দেখা গেলো স্ট্রিং থিওরি একীভূত হবার বদলে বিভক্তি ডেকে আনলো। 

১৯৯৪ সালের দিকে বিজ্ঞানীরা কিছুটা একমত হলেন যে স্ট্রিং থিওরির যে পাঁচটি প্রধান রূপ তারা প্রত্যেকেই আসলে প্রচলিত চতুর্মাত্রিক ভুবনকেই ভিন্ন ভিন্নভাবে উপস্থাপন করছে। সবগুলি স্ট্রিং থিওরির সমন্বয়ে তৈরি হলো স্ট্রিং তত্ত্বের বর্ধিত সংস্করণ এম-থিওরি। স্টিফেন হকিং তাঁর গ্রান্ড ডিজাইন বইতে লিখেছেন, “সম্ভবত কেউ জানে না এম-থিওরির এম মানে কী। হতে পারে ‘মাস্টার’, ‘মিরাকল’, ‘মিস্ট্রি’ – কিংবা সবগুলিই।“ তবে জন গ্রিবিন ব্যাখ্যা করেছেন এই এম-থিওরির এম এসেছেন ‘মেমব্রেন’ থেকে। স্ট্রিং বা সুতার বদলে মেমব্রেন বা ঝিল্লি। ধারণা করা হচ্ছে এম-থিওরি মহাবিশ্বের সবকিছু ব্যাখ্যা করতে সক্ষম। এম-থিওরির কাজ করার জন্য দরকার হয় এগারো মাত্রিক ভুবনের। বলা হচ্ছে দশ মাত্রিক স্ট্রিং থিওরিতে একটি মাত্রা বাদ পড়ে গিয়েছিল। 

সকল কাজের তত্ত্বের একটি শক্তিশালী দাবিদার এম-থিওরি। যদিও এর কোন বাস্তব প্রমাণ এখনো পাওয়া যায়নি, কিন্তু গাণিতিকভাবে এম-থিওরি এক মাত্রিক কণা, দ্বিমাত্রিক ঝিল্লি, ত্রিমাত্রিক বস্তু সবকিছুরই কাজকর্ম ব্যাখ্যা করতে পারে। এম-থিওরি গাণিতিকভাবে এতটাই শক্তিশালী যে এটি কোটি কোটি কোটি নতুন মহাবিশ্বের সম্ভাবনার ধারণাকে সমর্থন করে। একটি মহাবিশ্বের সবকিছুকে একটিমাত্র তত্ত্বে প্রকাশ করার জন্য যে থিওরি অব এভরিথিং খুঁজে বেড়াচ্ছেন বিজ্ঞানীরা, এম-থিওরি যদি সেই তত্ত্ব হয়, তাহলে এম-থিওরি তো নতুন সমস্যার জন্ম দিচ্ছে – যা হলো আরো অসীম সংখ্যক মহাবিশ্ব। তাহলে এটি সবকিছুর তত্ত্ব হিসেবে কতটুকু সফল হবে সে ব্যাপারে সন্দেহ থেকেই যায়। 

এখন প্রশ্ন হলো সবকিছুর তত্ত্ব কেন লাগবে আমাদের? পদার্থবিজ্ঞান ছাড়া বিজ্ঞানের অন্য কোন শাখার এ নিয়ে তেমন কোনো মাথাব্যথা নেই। কিন্তু পদার্থবিজ্ঞানে কেন দরকার এই তত্ত্বের? 

আইনস্টাইন তাঁর জীবনের অর্ধেকেরও বেশি সময় ধরে যে তত্ত্বের সন্ধান করেছেন সেটা ছিল – গ্রান্ড ইউনিফিকেশান থিওরি। তিনি আশা করেছিলেন মহাবিশ্বের সবকিছুর ভেতর একটা গাণিতিক যোগসূত্র খুঁজে বের করার। তিনি সফল হননি। তাতে পদার্থবিজ্ঞানের কোন ক্ষতি হয়নি।

এরপর তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানীরা গ্রান্ড ইউনিফিকেশানের চেয়েও উচ্চাকাঙ্খী একটি তত্ত্বের পেছনে ছুটলেন যেটা থেকে মহাবিশ্বের সব মৌলিক প্রশ্নের উত্তর পাওয়া যাবে। এই তত্ত্বকে জনপ্রিয় করে তোলার পেছনে যেসব বিজ্ঞানীদের অবদান সবচেয়ে বেশি তাঁদের মধ্যে অন্যতম ছিলেন স্টিফেন হকিং।  ১৯৮১ সালে লুকাসিয়ান প্রফেসরের দায়িত্ব নিয়ে প্রথম লেকচারে স্টিফেন হকিং আশা প্রকাশ করেছিলেন পরবর্তী বিশ বছরের মধ্যে সবকিছুর তত্ত্ব (TOE) আবিষ্কৃত হয়ে যাবে। এরপর তত্ত্বীয় পদার্থবিজ্ঞানীদের হাতে আসলে আর কোন কাজ থাকবে না করার। স্টিফেন হকিং তাঁর ব্রিফ হিস্টি অব টাইম বই শেষ করেছিলেন এভাবে: একটি সম্পূর্ণ তত্ত্ব যদি  আমরা আবিষ্কার করতে পারি, সেই তত্ত্ব শুধুমাত্র গুটিকতক বিজ্ঞানীদের কাছে নয়, সবারই বোধগম্য হবে। তখন আমরা সবাই, দার্শনিক, বিজ্ঞানী, সাধারণ মানুষ সবাই আলোচনা করতে পারবো কেন এবং কীভাবে আমরা এবং আমাদের মহাবিশ্বের উৎপত্তি হয়েছে। 

স্টিফেন হকিংয়ের জীবনসঙ্গিনী জেন হকিং এর অসাধারণ স্মৃতিকথা “মিউজিক টু মুভ দ্য স্টারস: এ লাইফ উইথ স্টিফেন” অবলম্বনে জেমস মার্শ যখন সিনেমা তৈরি করেন, অনেক ভেবেচিন্তে তার নাম দেন স্টিফেন হকিং-এরই একটি জনপ্রিয় বইয়ের নামানুসারে ‘দ্য থিওরি অব এভরিথিং’। ২০১৪ সালে মুক্তি পাওয়া এই সিনেমাটি ব্যাপক জনপ্রিয়তা পায় – কারণ এই সিনেমা স্বয়ং স্টিফেন হকিং এর জীবনের প্রতিফলন। ‘থিওরি অব এভরিথিং’ বইটি কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ে দেয়া স্টিফেন হকিং-এর সাতটি জনপ্রিয় বিজ্ঞান বক্তৃতার সংকলন। এই বক্তৃতামালা প্রথম প্রকাশিত হয় ১৯৯৬ সালে ‘দ্য কেমব্রিজ লেকচার’ নামে। পরে ২০০৫ সালে ‘থিওরি অব এভরিথিং’ নামে বইটি প্রকাশিত হয়। বইয়ের সপ্তম ও শেষ অধ্যায়ের শিরোনাম ‘দ্য থিওরি অব এভরিথিং’। এর পাঁচ বছর পর ২০১০ সালে স্টিফেন হকিং লিওনার্ড ম্লোডিনাউয়ের সাথে যৌথভাবে প্রকাশ করেন আরেকটি জনপ্রিয় বই ‘দ্য গ্রান্ড ডিজাইন’। এই বইতেও ‘দ্য থিওরি অব এভরিথিং’ শিরোনামে একটি অধ্যায় আছে। সবকিছুর তত্ত্বকেই স্টিফেন হকিং মনে করেছিলেন মহাবিশ্বের গ্রান্ড ডিজাইন। 

কিন্তু পদার্থবিজ্ঞানের একটিমাত্র তত্ত্ব দিয়েই মহাবিশ্বের সমস্ত রহস্যের সমাধান করে ফেলা যাবে – এ ব্যাপারে স্টিফেন হকিং-এর যথেষ্ট সন্দেহ ছিল। ২০০২ সালে স্টিফেন হকিং তাঁর “গোডেল অ্যান্ড দ্য এন্ড অব ফিজিক্স” লেকচারে বলেছিলেন, অনেকেই হতাশ হবেন যদি একটি পরম তত্ত্ব খুঁজে না পাওয়া যায় যার মাধ্যমে সবকিছুই ব্যাখ্যা করা যায়। “আমিও তাদের দলে ছিলাম, কিন্তু আমি আমার মত পাল্টে ফেলেছি। আমি এখন এই ভেবে খুশি যে আমাদের খোঁজার পালা কখনোই সাঙ্গ হবে না। ফলে সবসময়েই আমাদের মধ্যে নতুন কিছু আবিষ্কারের চেষ্টাটা রয়ে যাবে।“


তথ্যসূত্র ও সহায়ক গ্রন্থ

১। মোয়াতাজ এইচ ইমাম সম্পাদিত ‘আর উই দেয়ার ইয়েট? দ্য সার্চ ফর এ থিওরি অব এভরিথিং’, বেন্থাম সায়েন্স পাবলিশার্স, ২০১১। 

২। জেমস আর জনসন, ‘ডাজ এ থিওরি অব এভরিথিং এক্সিস্ট?’, ফিলোসফি অ্যান্ড কসমোলজি, সংখ্যা ২৬, ২০২১।

৩। স্টিফেন হকিং ও লিওনার্ড ম্লোডিনাউ, দ্য গ্রান্ড ডিজাইন, ব্যান্টাম বুক্‌স, লন্ডন, ২০১০।

৪। স্টিফেন হকিং, দ্য থিওরি অব এভরিথিং, ফিনিক্স বুক্‌স, ক্যালিফোর্নিয়া, ২০০৫।

৫। জন গ্রিবিন, ইন সার্চ অব সুপারস্ট্রিংস, দ্বিতীয় সংস্করণ, আইকন বুক্‌স, লন্ডন, ২০০৭।

৬। পি সি ডাব্লিউ ড্যাভিস ও জে ব্রাউন সম্পাদিত, সুপারস্ট্রিংস এ থিওরি অব এভরিথিং? ক্যামব্রিজ ইউনিভার্সিটি প্রেস, ক্যান্টো সংস্করণ, ভিক্টোরিয়া, ১৯৯২।

৭। এ থিওরি অব এভরিথিং? ন্যাচার, সংখ্যা ৪৩৩, জানুয়ারি ২০০৫।

৮। ডন লিংকন, আইনস্টাইনস আনফিনিশড ড্রিম: প্র্যাকটিক্যাল প্রোগ্রেস টুওয়ার্ডস এ থিওরি অব এভরিথিং, অক্সফোর্ড ইউনিভার্সিটি প্রেস, ২০২৩।

৯। ব্রায়ান গ্রিন, দি এলিগ্যান্ট ইউনিভার্স, ভিন্টেজ বুক্‌স, নিউ ইয়র্ক, ২০০৩। 

১০। মিশিও কাকু, দ্য গড ইকুয়েশান: দ্য কোয়েস্ট ফর এ থিওরি অব এভরিথিং, ডাবলডে, নিউইয়র্ক, ২০২১। 

______________
বিজ্ঞানচিন্তা ফেব্রুয়ারি ২০২৪ সংখ্যায় প্রকাশিত











Latest Post

Dorothy Crowfoot Hodgkin

  Look closely at the fingers of the person in the picture. Her fingers had not bent in this way due to age; she had been suffering from chr...

Popular Posts