পরমাণু কী, কেন, কীভাবে

তোমার চারপাশে যা কিছু দেখো, সবকিছুরই একটা গোপন রহস্য আছে। এই বই, তোমার স্কুলব্যাগ, এক গ্লাস পানি, একটা আম, তোমার পোষা বিড়াল, এমনকি তুমিও নিজেও সেই রহস্যের অংশ। এই সবকিছু একই জিনিস দিয়ে তৈরি। সেই জিনিসের নাম পরমাণু। এই পরমাণু খুব ছোট। এত ছোট যে খালি চোখে তা দেখা যায় না।

বিষয়টি বুঝতে আমরা একটু কল্পনা করি। জানো তো, কল্পনা করা খুব গুরুত্বপূর্ণ। আলবার্ট আইনস্টাইনের নাম নিশ্চয়ই শুনেছ। এই বিখ্যাত বিজ্ঞানী একবার বলেছিলেন, ‘কল্পনাজ্ঞানের চেয়েও বেশি গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, জ্ঞানের সীমা আছে, কিন্তু কল্পনার কোনো সীমা নেই’। তাই এই লেখায় আমরা বারবার কল্পনার আশ্রয় নেব। এখন ধরো, তোমার হাতে একটা জাদুর কাঁচি আছে। সেই কাঁচি দিয়ে তুমি একটা কাগজকে যতবার ইচ্ছা কাটতে পারবে। প্রথমে কাজটাকে কেটে অর্ধেক করলে। তারপর সেই অর্ধেককে আবার অর্ধেক করলে। এভাবে কাটতে কাটতে টুকরাটা যখন একদম ধুলার চেয়েও ছোট হয়ে যাবে, তখনো তুমি জাদুর কাঁচি দিয়ে কাটতেই থাকলে। ধুলার চেয়ে ছোট হলে বাস্তবে তো আর কাটতে পারবে না, সে জন্যই আমরা কল্পনায় জাদুর কাঁচির আশ্রয় নিয়েছি। এই কাগজ কাটতে কাটতে এমন একটা সময় আসবে, যখন আর কোনোভাবেই সেটাকে কাটা যাবে না। এই যে একদম শেষের ছোট্ট কণা, যাকে আর কাটা যাবে না বলে একসময় বিজ্ঞানীরা ভেবেছিলেন, সেটাই হলো পরমাণু।

আমাদের এই বিশাল পৃথিবী, আকাশ, মিটমিট করে জ্বলা তারা, চাঁদ, চেয়ার, কলম, এমনকি তুমি নিজেও এই কণা দিয়ে তৈরি। তুমি যা কিছু ভাবতে পারো, সেই সবকিছুর মূলেই আছে এই পরমাণু। আজ তোমাদের এই পরমাণুর গল্প বলব।

পরমাণু জিনিসটা আসলে কত ছোট হতে পারে বলে তোমার মনে হয়? বিল ব্রাইসন নামের এক লেখক একটা মজার হিসাব করেছিলেন। তিনি বলেছিলেন, আমাদের সবার শরীরে হয়তো এমন এক শ কোটি পরমাণু আছে, যেগুলো একসময় বিখ্যাত নাট্যকার উইলিয়াম শেক্‌সপিয়ারের শরীরে ছিল।

এক শ কোটি সংখ্যাটা শুনে মনে হতে পারে, বাপরে! এত পরমাণু! কিন্তু পরমাণুর জগতে এটা কিছুই নয়। ধরো, তুমি যদি তোমার ৩৩তম জন্মদিন পর্যন্ত বেঁচে থাকো, তবে তোমার জীবনে মাত্র এক শ কোটি সেকেন্ড পার হবে। আবার একটা সাধারণ বাথটাব যদি লবণ দিয়ে ভরে ফেলো, সেখানে হয়তো এক শ কোটি লবণের দানা থাকবে। কিন্তু তোমার শরীরে এর চেয়েও অনেক অনেক বেশি পরমাণু আছে। শেক্‌সপিয়ারের ওই এক শ কোটি পরমাণু দিয়ে তোমার শরীরের একটা আঙুলও তৈরি করা যাবে না। এমনকি একটা কোষও নয়। আসলে পরমাণু এত ছোট যে অনেক দিন পর্যন্ত বিজ্ঞানীরা একে দেখতেই পেতেন না। তবে এখন সুপার মাইক্রোস্কোপ আবিষ্কার হয়েছে। বিজ্ঞানীরা এখন সেই মাইক্রোস্কোপে চোখ রেখে পরমাণুর অবস্থান দেখতে পারেন। ২০১২ সালে অস্ট্রেলিয়ার বিজ্ঞানীরা মাত্র একটি পরমাণুর ছায়ার ছবি তুলে সবাইকে চমকে দিয়েছিলেন।

পরমাণু খুব ছোট হলেও বিজ্ঞানীরা অনেক আগে থেকে এটা নিয়ে চিন্তাভাবনা শুরু করেছিলেন। ১৮০৩ সালে জন ডাল্টন নামের এক ইংরেজ বিজ্ঞানী প্রথম পরমাণু তত্ত্ব দেন। তিনি বললেন, সবকিছুই এমন ছোট ছোট কণা দিয়ে তৈরি, যাদের আর ভাঙা যায় না। এই পরমাণুরাই একে অপরের সঙ্গে জুড়ে একটি নতুন জিনিস তৈরি করে।

তুমি কি কখনো লেগোর ব্লক দিয়ে দারুণ কোনো গাড়ি বা ব্রিজ বানিয়েছ? যদিও বানিয়ে থাকো, তাহলে বিষয়টা সহজে বুঝতে পারবে। লেগোর অনেকগুলো ব্লক একটার সঙ্গে অন্যটা জোড়া লাগিয়ে যেমন একটা গাড়ি বা ব্রিজ হয়, তেমনি অনেক পরমাণু মিলে তৈরি হয় অণু। আবার অসংখ্য অণু মিলে তৈরি হয় একটি কোষ। অনেকগুলো কোষ মিলে তৈরি হয় তোমার শরীরের হাত, পা, চোখ ইত্যাদি।

পরমাণুর বিষয়টা বোঝাতে লিচুর উদাহরণ দেওয়া যায়। লিচুর মাঝখানে যেমন শক্ত বিচি থাকে, পরমাণুর মাঝখানেও তেমন একটা অংশ থাকে। এর নাম নিউক্লিয়াস। এই নিউক্লিয়াসের ভেতরে থাকে প্রোটন এবং নিউট্রন নামের আরও ছোট কণা। আর ফলের যে নরম অংশটা আমরা খাই, সেটাকে ধরতে পারো ইলেকট্রন হিসেবে। এটা শুধু বোঝানোর জন্য বলছি, বাস্তবে এ রকম থাকে না। বিষয়টা আরেকটু জটিল, তা বড় হলে বুঝতে পারবে। শুধু মনে রেখো, একটা পরমাণুর মধ্যে তিনটি জিনিস থাকে। প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রন। আপাতত এগুলোর নাম মনে রাখো, এ ব্যাপারে একটু পরে আসছি।

এতক্ষণ লিচুর সঙ্গে পরমাণুর তুলনা করলেও দুটির মধ্যে বড় একটা পার্থক্য আছে। লিচু ফলের ভেতরে কোনো ফাঁকা জায়গা থাকে না। কিন্তু পরমাণুর ভেতরটা একদম ফাঁকা! কতটা ফাঁকা জানো? ধরো, একটা আস্ত ফুটবল মাঠ হলো একটা পরমাণু। তাহলে সেই মাঠের ঠিক মাঝখানে রাখা ফুটবলটা হলো নিউক্লিয়াস। আর মাঠের একদম শেষ সীমানায় গ্যালারিতে ঘুর ঘুর করা মানুষগুলো হলো ইলেকট্রন। মাঝখানের পুরোটাই ফাঁকা জায়গা!

এবার একটু প্রোটনের কথা বলি। প্রোটনকে পরমাণুর নামফলক ভাবতে পারো। বাড়ির সামনের নামফলক দেখে যেমন বোঝা যায় এটা কার বাড়ি, তেমনি পরমাণুতে কতটি প্রোটন আছে, তা দেখেই বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন এটি কোন মৌল। ১টি প্রোটন মানে হাইড্রোজেন, ৬টি প্রোটন মানে কার্বন, ৮টি প্রোটন মানে অক্সিজেন। প্রোটনের আছে ধনাত্মক (+) চার্জ। ইলেকট্রনের ঠিক বিপরীত। এর আছে ঋণাত্মক (-) চার্জ। এই ধনাত্মক চার্জের জন্যই প্রোটন ইলেকট্রনকে পরমাণুর কাছাকাছি ধরে রাখতে পারে। একটা পরমাণুতে যতগুলো প্রোটন থাকে, ইলেকট্রনও থাকে ঠিক ততগুলো।

জে জে থমসন একসময় ভেবেছিলেন, পরমাণু হয়তো পুডিংয়ের মতো নরম। সেখানে ইলেকট্রন হয়তো কিশমিশের মতো আটকে আছে। কিন্তু ১৯১১ সালে আর্নেস্ট রাদারফোর্ড প্রমাণ করেন, এই ধারণা ভুল। তিনি দেখালেন, পরমাণুর মাঝখানে ছোট্ট কিন্তু খুব ভারী একটা নিউক্লিয়াস আছে। নিউক্লিয়াস মানে ফুটবল মাঠের মাঝখানে থাকা ফুটবলটি। এর ভেতরে থাকে প্রোটন ও নিউট্রন। আর অনেক দূরে থাকে ইলেকট্রন। প্রোটন ও নিউট্রন থাকে একসঙ্গে, ইলেকট্রন একটু দূর থেকে এদের কেন্দ্র করে ঘোরে। নিউট্রনের কোনো চার্জ নেই, এটি নিরপেক্ষ।

হাস্যকর প্রশ্ন, তা–ই না? আপেল দেখতে তো আপেলের মতোই হবে, এটা নিয়ে আবার প্রশ্ন করার কী আছে! কিন্তু এখানে প্রশ্ন আছে। সব পরমাণু দেখতে মোটেও এক রকম নয়। আপেল এবং কমলার মধ্যে যেমন পার্থক্য আছে, তেমনি অক্সিজেন ও কার্বনের মধ্যেও আছে পার্থক্য। এদের স্বভাবও আলাদা। স্বাভাবিক অবস্থায় অক্সিজেন সাধারণত জোড়া বেঁধে থাকে। আমরা কিন্তু নিশ্বাসের সঙ্গে এই জোড়া বেঁধে থাকা অক্সিজেনই টেনে নিই। কিন্তু কার্বনের পরমাণুগুলো সব সময় জোড়ায় থাকে না, বরং একসঙ্গে অনেকগুলো দল বেঁধে থাকে। তাই কার্বনের তৈরি জিনিস হয় শক্ত। যেমন তোমার পেনসিলের ভেতরে থাকা কালো শিস বা হীরা এই কার্বন পরমাণু দিয়ে তৈরি।

কিন্তু এরা আলাদা কেন? কারণ, এদের প্রোটনসংখ্যা আলাদা। অক্সিজেনের ভেতর থাকে আটটি প্রোটন। কার্বনের ভেতর থাকে ছয়টি। অর্থাৎ অক্সিজেনের চেয়ে ঠিক দুটি কম। বিজ্ঞানীরা ল্যাবে আরও ভারী পরমাণু নিয়ে কাজ করেন। এদের প্রোটনসংখ্যা আরও বেশি। যেমন নোবেলিয়ামে প্রোটন আছে ১০২টি। এগুলো সব নিউক্লিয়াসের ভেতর একসঙ্গে গাদাগাদি করে থাকে। এতগুলো ধনাত্মক চার্জ একসঙ্গে ছোট্ট জায়গায় থাকার কারণে একে অপরকে ধাক্কা দেয়। ফলে এরা খুব একটা শান্ত থাকতে পারে না, সহজেই ভেঙে যায়। অবশ্য অনেক ভারী মৌল স্থিতিশীলও হতে পারে। আসলে সমস্যা শুধু প্রোটন নয়, নিউক্লিয়াসের স্থিতিশীলতার। ধরো, তোমার ক্লাসে ৪০ জনের জায়গায় যদি ১০০ জন বসিয়ে দেওয়া হয়, তাহলে গাদাগাদি হবে না? হয়তো বেঞ্চে বসতে গিয়ে কয়েকজন পড়ে যাবে। বেশি প্রোটন একসঙ্গে থাকলেও এই অবস্থা হয়।

সাধারণত একটা পরমাণুর কেন্দ্রে যতগুলো প্রোটন থাকে, বাইরে ঠিক ততগুলোই ইলেকট্রন ঘোরে। ফলে তাদের ধনাত্মক ও ঋণাত্মক চার্জ কাটাকাটি হয়ে যায়। কিন্তু কখনো কখনো পরমাণু থেকে একটা ইলেকট্রন হারিয়ে যায়। আবার কখনো বাইরে থেকে একটা ইলেকট্রন এসে যোগ দেয়। তখন চার্জের ব্যালেন্স নষ্ট হয়ে যায়। এই চার্জ হয়ে যাওয়া পরমাণুকে রসায়নবিদেরা বলেন আয়ন। এই আয়নগুলো খুব কাজের। এদের কারণেই নানা রকম পদার্থ একে অপরের সঙ্গে আঠার মতো লেগে থাকে। আমাদের রোজকার খাওয়ার লবণ এভাবেই তৈরি হয়। লবণে থাকে সোডিয়াম ও ক্লোরিনের দুটি আয়ন।

রান্নাঘরের লবণ তো বটেই, পৃথিবীতে যা কিছু হাঁটে, সাঁতার কাটে, শ্বাস নেয় বা মাটিতে শিকড় গজায়; সবই পরমাণু দিয়ে তৈরি। ডিএনএ কিংবা আমাদের হাড়ও পরমাণু দিয়ে গঠিত। একটা পরমাণুর সঙ্গে আরেকটা পরমাণু মিলে শরীরের সব অঙ্গ তৈরি হয়।

সবচেয়ে মজার ব্যাপার হলো, পৃথিবীতে যত রকম প্রাণী বা গাছপালা আছে, সবার ভেতরেই একটা কার্বন নামে একটি নির্দিষ্ট পরমাণু আছে। সমুদ্রের অনেক গভীরে থাকা ব্যাকটেরিয়া থেকে শুরু করে আকাশে ওড়া পাখির শরীরেও আছে এই কার্বন। বিজ্ঞানী কার্ল সেগান একবার বলেছিলেন, ‘জীবন্ত জিনিসের সৌন্দর্য তার পরমাণুতে নয়, বরং সেই পরমাণুগুলো কীভাবে একসঙ্গে জোড়া লেগেছে, তার ওপর নির্ভর করে।’

তোমার মাথায় একটি প্রশ্ন ঘুরপাক খেতে পারে। অন্য গ্রহে যদি কোনো প্রাণী থাকে, তারাও কি কার্বন দিয়ে তৈরি? জানি, এখনো অন্য কোনো গ্রহে প্রাণের সন্ধান পাওয়া যায়নি। কিন্তু যদি পাওয়া যায়, ওগুলোও কি কার্বনের তৈরি হবে আমাদের মতো? সত্যি বলতে, এই প্রশ্নের উত্তর আমরা এখনো জানি না। হয়তো সেখানে অন্য কোনো পরমাণু দিয়ে জীবন তৈরি হতে পারে। সায়েন্স ফিকশনে সিলিকন দিয়ে তৈরি ভিনগ্রহের প্রাণীদের কথা বলা হয়। স্টার ওয়ার্স বা স্টার ট্রেকের মতো মুভিতে এমনটা দেখা যায়।

পরমাণুকে কি আরও ভাঙা যায়? হ্যাঁ যায়! বিজ্ঞানীরা পার্টিকেল একসিলারেটর নামে বিশাল যন্ত্রে পরমাণুকে ভেঙে দেখেছেন। প্রোটন ও নিউট্রনের ভেতরে তাঁরা আরও ছোট কণা পেয়েছেন। এদের নাম কোয়ার্ক। পদার্থবিজ্ঞানীরা এসব কণা নিয়ে কাজ করেন। বিজ্ঞানীরা এখনো মহাবিশ্বের গঠন বোঝার চেষ্টা করছেন। যেমন, ২০১২ সালে বিজ্ঞানীরা হিগস বোসন নামে আরেকটা রহস্যময় কণার খোঁজ পান। মহাবিশ্বের অনেক অজানা কথা লুকিয়ে আছে এসব কণার ভেতর।

ন্যানোটেকনোলজি নামে বিজ্ঞানের একটা শাখা এখন খুব জনপ্রিয়। এটি কাজ করে এক মিটারের এক শ কোটি ভাগের এক ভাগ স্কেলে। এই স্কেলে বিজ্ঞানীরা একেকটা পরমাণুকে আলাদা করে ধরে কাজ করতে পারেন। ভবিষ্যতে এর সাহায্যে দারুণ সব সোলার প্যানেল বা ক্যানসারের ওষুধ তৈরি হবে। ২০১৩ সালে আইবিএম কোম্পানির বিজ্ঞানীরা পরমাণু দিয়ে একটা ছোট্ট স্টপ-মোশন মুভি বানিয়েছিলেন! সেখানে দেখা যায়, একটা ছেলে বল খেলছে। ছেলেটা ও বলটা তৈরি হয়েছিল তামার আলাদা আলাদা পরমাণু দিয়ে!

খ্রিষ্টপূর্ব ৪০০ অব্দ: গ্রিক দার্শনিক ডেমোক্রিটাস প্রথম এমন কণার কথা ভাবেন, যাকে আর ভাঙা যায় না।

১৮০৩ সাল: জন ডাল্টন পরমাণুর বৈজ্ঞানিক তত্ত্ব দেন।

১৯০৪ সাল: জে জে থমসন পরমাণুর ‘প্লাম পুডিং’ মডেলের কথা বলেন।

১৯১১ সাল: আর্নেস্ট রাদারফোর্ড পরমাণুর নিউক্লিয়াসের বর্ণনা দেন।

১৯৮৯ সাল: আইবিএমের বিজ্ঞানীরা আলাদা আলাদা পরমাণু সাজিয়ে ‘IBM’ লেখাটি তৈরি করেন।

২০১২ সাল: বিজ্ঞানীরা হিগস বোসন কণা খুঁজে পান, যা মহাবিশ্বের গঠন বুঝতে আরও সাহায্য করে।