আপনি যখন দূরের গ্যালাক্সিগুলোকে দেখেন যারা আমাদের সঙ্গে মহাকর্ষীয়ভাবে আবদ্ধ নয়, আপনি ইতিমধ্যেই জেনে যাবেন যে তাদের জন্য কি ঘটতে চলেছে। আমাদের মিল্কিওয়ে, অ্যান্ড্রোমিডা এবং প্রায় 80টি ছোট গ্যালাক্সি নিয়ে গঠিত আমাদের local group ই একমাত্র আমাদের সাথে আবদ্ধ। দূরের কোনো গ্যালাক্সি তার গ্রুপ বা ক্লাস্টার সমেত আমাদের থেকে আরও দূরে সরে যাচ্ছে। এর থেকে নির্গত হওয়া আলো দীর্ঘ থেকে দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দিকে চলে যাচ্ছে, তৈরী হচ্ছে মহাজাগতিক রেডশিফট। একটি গ্যালাক্সি যত দূরে, তার রেডশিফটের পরিমাণ তত বেশি। এর থেকে বোঝা যায় যে মহাবিশ্ব প্রসারিত হচ্ছে।
যদি আপনি সেই গ্যালাক্সিকে অতি দীর্ঘ সময় ধরে পর্যবেক্ষণ করতে পারেন তবে দেখতে পাবেন গ্যালাক্সির এই দূরে সরে যাওয়ার গতি ক্রমশই বৃদ্ধি পাচ্ছে। যত সময় চলতে থাকবে এর রেড শিফটের পরিমান ততই বাড়তে থাকবে, যা বোঝায় যে মহাবিশ্ব কেবল প্রসারিত (expanding) হচ্ছে না, এটি ত্বরান্বিত (accelerating) হচ্ছে। আমাদের সাথে মহাকর্ষীয়ভাবে আবদ্ধ নয় এই ধরনের যেকোনো গ্যালাক্সির সরে যাওয়ার গতি সময়ের সাথে সাথে বাড়তেই থাকবে। পরে সেগুলি এত দূরে চলে যাবে যে আমরা কোনো দিনই তাদের কাছে পৌঁছাতে পারবো না, এমনকি আমরা আলোর গতিতে চললেও! তবুও যদি আমরা মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হার পরিমাপ করি, আমরা দেখতে পাব যে এটি আসলে সময়ের সাথে সাথে কমে যাচ্ছে, বাড়ছে না! এই মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হারকে আমরা বলি হাবল ধ্রুবক (Hubble constant) অথবা হাবল প্যারামিটার। বাস্তবিক ভাবে কিন্তু এই হাবল ধ্রুবকের মান ক্রমশ কমে আসছে।
আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা অনুযায়ী মহাবিশ্বের পদার্থ ও শক্তি এবং স্থান ও সময়ের আচরণের মধ্যে একটি শক্তিশালী সম্পর্ক রয়েছে। উপস্থিত পদার্থ ও শক্তির উপস্থিতি, পরিমাণ এবং প্রকারভেদ নির্ধারণ করে স্থান এবং সময়ের বক্রতা আর বিবর্তন। অন্যদিকে সেই বাঁকা স্থানকাল পদার্থ এবং শক্তির গতিপথ নির্ধারণ করে।
আপনি যদি যথেষ্ট বৃহৎ মাপকাঠিতে দেখেন তাহলে বুঝতে পারবেন যে সেই আদিম কাল থেকে (যা আমরা মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ পটভূমিতে দেখতে পাই) বর্তমান পর্যন্ত (যেখানে আমরা গ্যালাক্সি এবং কোয়াসার গণনা করতে পারি) মহাবিশ্বের উপাদানের মোট পরিমান একই। মহাবিশ্ব সব জায়গায় একইরকম (homogenous) এবং সবদিকে একইরকম (isotropic)। এই ধরনের মহাবিশ্বের একটি গালভরা বৈজ্ঞানিক নাম রয়েছে, Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker spacetime.
আলেকজান্ডার ফ্রীডম্যান কয়েকটি অসাধারণ সমীকরণ নির্ণয় করেছিলেন। বিশেষ করে তাঁর প্রথম সমীকরণের একদিকে রয়েছে মহাবিশ্বে থাকা বিভিন্ন প্রকারের শক্তির পরিমাপ। সেগুলো হলো সাধারণ পদার্থ, আ্যন্টিম্যাটার, ডার্ক ম্যাটার, নিউট্রিনো, সমস্ত বিকিরণ (ফোটন সমেত), ডার্ক এনার্জি, স্থানের বক্রতা প্রভৃতি। আর অন্যদিকে রয়েছে সম্প্রসারণ হারের সমতুল্য রাশি (তার বর্গ), যাকে H বা হাবল ধ্রুবক বলা হয়। (এটি স্বাভাবিক অর্থে সার্বজনীন ধ্রুবক নয়, যেহেতু মহাবিশ্ব সময়ের সাথে সাথে প্রসারিত বা সংকুচিত হওয়ার সাথে সাথে এটি পরিবর্তিত হতে পারে।) কিভাবে মহাবিশ্বের ফ্যাব্রিক সময়ের একটি ফাংশন হিসাবে প্রসারিত বা সংকুচিত হয়, তা এই রাশি থেকে বোঝা যায়। এই সমীকরণ থেকে বোঝা যায় মহাবিশ্বের প্রসারণ বা সংকোচনের হার সরাসরি এর মধ্যে উপস্থিত সমস্ত পদার্থ এবং শক্তির প্রকারের যোগফলের সাথে সম্পর্কিত।
ফ্রীডম্যান সমীকরণ এবং কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ পর্যবেক্ষণের আগে পর্যন্ত বেশির ভাগ মানুষ মনে করতেন মহাবিশ্ব স্থিতিশীল (static), এর কোনো সংকোচন বা প্রসারণ হয় না। আইনস্টাইন প্রথমে তাঁর সমীকরণগুলি বিশ্লেষণ করে দেখেছিলেন যে সেগুলো একটি অস্থির বিশ্বকে নির্দেশ করে। পদার্থে পূর্ণ এই মহাবিশ্বের মহাকর্ষীয় পতন (gravitational collapse) নিশ্চিত। তখন তিনি মহাবিশ্বকে একটি "বিগ ক্রাঞ্চে" (Big Crunch) ডুবে যাওয়া থেকে রক্ষা করার উপায় খুঁজতে লাগলেন। তিনি মহাকর্ষ বলকে ভারসাম্য রক্ষা করার জন্য একটি "মহাজাগতিক ধ্রুবক" সৃষ্টি করলেন।
সে যাই হোক, বিজ্ঞানী এডুইন হাবল যখন তার গুরুত্বপূর্ণ পর্যবেক্ষণগুলো প্রকাশ করলেন তখন সম্পূর্ণভাবে বোঝা গেলো যে মহাবিশ্ব স্থিতিশীল নয়, এটি সম্প্রসারণশীল। এই সম্প্রসারণশীল মহাবিশ্ব অতীতে অনেক ছোটো ছিলো এবং ভবিষ্যতে আরও বড়ো হবে। অতীতে আরও বেশি উষ্ণ ছিলো মহাবিশ্ব। এখন যেহেতু কোনো বিকিরণকে তার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আকার দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা যায়, তাই মহাবিশ্ব প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে যখন আলো আন্তঃগ্যাল্যাকটিক স্থানের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে, তখন এই প্রসারণটি যেকোন ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে প্রসারিত করে এবং বিকিরণটি ক্রমশ শীতল হতে থাকে। ফলে সময়ের সঙ্গে মহাবিশ্বের উষ্ণতা কমতে থাকে।
মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হার সময়ের সাথে সাথে কীভাবে পরিবর্তিত হয় এবং এটি এর মধ্যে উপস্থিত বিভিন্ন ধরণের শক্তির উপর কিভাবে নির্ভর করে, সেটা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। মহাবিশ্বের উপাদান যাই হোক না কেন, তার আয়তন বর্তমানে বাড়তে থাকবে। কিন্তু মহাবিশ্ব যে হারে বৃদ্ধি পাবে তা নির্ভর করবে মহাবিশ্ব ঠিক কি ধরনের শক্তিতে ভরপুর তার উপর।
তিনটি পৃথক মহাবিশ্বের কথা কল্পনা করা যাক। প্রথম মহাবিশ্বে পুরোটাই পদার্থ রয়েছে কিন্তু কোনো বিকিরণ নেই। দ্বিতীয় মহাবিশ্ব পুরোটাই বিকিরণ দ্বারা পূর্ণ, কোনো পদার্থ নেই। আর তৃতীয় মহাবিশ্বটি সম্পুর্নটাই ডার্ক এনার্জি দিয়ে পরিপূর্ণ হয়ে রয়েছে। মনে করা যাক এই তিনটি কাল্পনিক মহাবিশ্ব একইরকম প্রাথমিক অবস্থা থেকে শুরু হয়েছে। তাদের একই প্রাথমিক প্রসারণ হার, একই প্রাথমিক আয়তন এবং সেই আয়তনের মধ্যে একই পরিমাণ মোট শক্তি উপস্থিত রয়েছে। কিন্তু তারা প্রসারিত হতে শুরু করলে, কি হবে?
🔹পদার্থে ভরা মহাবিশ্বের ঘনত্ব কম হতে থাকে। যখন ভর (এবং সেটাই শক্তি, যেহেতু E = mc²) স্থির থাকে, আয়তনের প্রসারণের সাথে সাথে এর ঘনত্ব কমে যায়। শক্তির ঘনত্ব কমে যাওয়ার সাথে সাথে সম্প্রসারণের হারও কমে।
🔹বিকিরণ-ভরা মহাবিশ্বের ঘনত্ব আরও দ্রুত কম হয়। ভলিউম প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে এটির ঘনত্ব হ্রাস পায়। এর সঙ্গে প্রতিটি পৃথক ফোটন তার মহাজাগতিক রেডশিফটের কারণে তার শক্তি হারায়। পদার্থে ভরা মহাবিশ্বের তুলনায় বিকিরণ-পূর্ণ মহাবিশ্বের ক্ষেত্রে শক্তির ঘনত্ব দ্রুত হ্রাস পায়, তাই সম্প্রসারণের হারও দ্রুত হ্রাস হয়।
🔹কিন্তু ডার্ক এনার্জিতে ভরা একটি মহাবিশ্ব কম ঘনত্বের হয় না। সেখানে শক্তির ঘনত্ব স্থির থাকে। মহাবিশ্বের আয়তন যত প্রসারিত হয়, মোট শক্তির পরিমাণ বৃদ্ধি পায়, সম্প্রসারণের হার স্থির থাকে।
এবার আপনি কল্পনা করুন এই মহাবিশ্বগুলির প্রতিটিতে, আপনি একই বিন্দুতে অবস্থিত ছিলেন। এবং মহাবিশ্বে অন্য একটি গ্যালাক্সি ছিল (একটি ভিন্ন বিন্দুর সাথে সম্পর্কিত), আপনি এটিকে সময়ের সাথে সাথে আপনার কাছ থেকে সরে যেতে দেখতে পারেন। আপনি এর দূরত্ব কীভাবে পরিবর্তিত হচ্ছে এবং কীভাবে এর রেডশিফট (যা এর দূরে সরে যাওয়ার গতির সাথে মিলে যায়) পরিবর্তিত হচ্ছে, সেগুলো পরিমাপ করতে পারেন।
🔹পদার্থে ভরা মহাবিশ্বে, অন্যান্য ছায়াপথগুলি সময়ের সাথে সাথে আপনার থেকে আরও দূরে চলে যাবে। তবে এর দূরে সরে যাওয়ার গতি সময়ের সঙ্গে ক্রমশ কমে যায়। আসলে মাধ্যাকর্ষণ সম্প্রসারণকে প্রতিহত করতে কাজ করে, যদি তা প্রসারিত হওয়া থামাতে ব্যর্থ হয় তবুও এটিকে ধীর করতে সফল হয়। শুধুমাত্র পদার্থ পূর্ণ মহাবিশ্বে, সম্প্রসারণের হার কমতে কমতে অবশেষে শূন্যের কাছাকাছি পৌঁছে যায়।
🔹বিকিরণ-ভরা মহাবিশ্বে, অন্যান্য ছায়াপথগুলি সময়ের সাথে সাথে আরও দূরে চলে যায়, তবে সেই গতি পদার্থ-ভরা ছায়াপথের থেকে কম। অর্থাৎ দূরবর্তী গ্যালাক্সিটি পদার্থে ভরা মহাবিশ্বের তুলনায় আরও ধীরে ধীরে সরে যায়।
🔹কিন্তু ডার্ক এনার্জিতে ভরা মহাবিশ্বে অন্য গ্যালাক্সিগুলি ক্রমবর্ধমান দ্রুত গতিতে আরও দূরে চলে যায়। যখন এটি প্রাথমিক দূরত্বের দ্বিগুণ দূরে, তখন এটি এখন দ্বিগুণ গতিতে দূরে সরে যাচ্ছে বলে মনে হয়। দূরত্বের 10 গুণে, এই গতির পরিমাপ গিয়ে দাঁড়ায় 10 গুণ। যদিও সম্প্রসারণের হার একটি ধ্রুবক, যে কোনও পৃথক গ্যালাক্সি সময়ের সাথে সাথে আমাদের কাছ থেকে সরে যাওয়ার সাথে সাথে গতি বাড়ে।
বর্তমান মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হার প্রায় 70 km/s/Mpc থেকে 73 km/s/Mpc. (এই মাপের প্রকৃত মান নিয়ে মতভেদ রয়েছে)। রাশিটির এককের দিকে নজর করুন। সম্প্রসারণের হার হল একটি গতি (70 কিমি/সেকেন্ড) যা মহাজাগতিক দূরত্বের সাথে সম্পর্কিত (এক Mpc বা মেগাপারসেক সমান প্রায় 3.26 মিলিয়ন আলোকবর্ষ)। যদি কোনো মহাজাগতিক বস্তু আমাদের থেকে 10 মেগা পারসেক দূরত্বে থাকে তবে তার দূরে সরে যাওয়ার গতি হবে প্রায় 700 কিমি /সেকেন্ড। আবার যদি সেই বস্তুটি 1000 মেগা পারসেক দূরত্বে থাকে তাহলে সেটি আমাদের থেকে প্রতি সেকেন্ডে 70000 কিমি বেগে দূরে চলে যায়।
একটি পদার্থে ভরা বা বিকিরণ-ভরা মহাবিশ্বে, সম্প্রসারণের হার নিজেই সময়ের সাথে সাথে কমে যায়। তাই একটি ছায়াপথ আরও দূরত্বে চলে গেলেও, সম্প্রসারণের হার তার দূরত্বের চেয়ে অনেক বেশি শতাংশে কমে যায়। কিন্তু একটি ডার্ক এনার্জির মহাবিশ্বে, সম্প্রসারণের হার ধ্রুবক। তাই একটি গ্যালাক্সি যত বেশি দূরে যায়, ততই এটি দ্রুত এবং আরও দ্রুত সরে যায়।
আমাদের মহাবিশ্বে পদার্থ, বিকিরণ, ডার্ক ম্যাটার, ডার্ক এনার্জি সবকিছুই আছে বলে ধরা হয়। পদার্থ ও বিকিরণের অংশটির ঘনত্ব কমতে থাকে আর ডার্ক এনার্জির অংশটি একই থাকে। ফলে সামগ্রিক ফলাফল হিসাবে মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হার কমতে থাকে এবং মনে করা হয় শেষ পর্যন্ত তা 45 থেকে 50 km/s/Mpc. হয়ে দাঁড়াবে। তা সত্ত্বেও দূরবর্তী গ্যালাক্সিগুলি আরও বেশি গতিতে আমাদের কাছ থেকে দূরে যেতেই থাকবে। অর্থাৎ সম্প্রসারণের হার কমছে, কিন্তু দূরবর্তী ছায়াপথগুলির গতি এখনও বাড়ছে বা ত্বরান্বিত হচ্ছে।
সুতরাং মহাবিশ্ব প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে আমরা দুটি ভিন্ন জিনিস পরিমাপ করতে পারি। আমরা সম্প্রসারণের হার পরিমাপ করতে পারি। তা থেকে আমরা পাই প্রতি মেগাপারসেকের জন্য আমাদের থেকে দূরে থাকা একটি গ্যালাক্সি কত দ্রুত সরে যাচ্ছে। এই সম্প্রসারণের হার হলো একটি গতি-প্রতি-ইউনিট-দূরত্ব যা সময়ের সাথে সাথে পরিবর্তিত হয়। এটি মহাবিশ্বের একটি নির্দিষ্ট আয়তনের মধ্যে উপস্থিত শক্তির পরিমাণের উপর নির্ভর করে। মহাবিশ্ব প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে একটি প্রদত্ত আয়তনে ডার্ক এনার্জির পরিমাণ একই থাকে, তবে পদার্থ এবং শক্তির ঘনত্ব হ্রাস পায় এবং তাই মহাবিশ্বের প্রসারণের হারও কমে যায়।
কিন্তু অন্যদিকে আপনি একটি দূরবর্তী গ্যালাক্সির আমাদের থেকে দূরে সরে যাওয়ার গতিও পরিমাপ করতে পারেন। এই গতি ডার্ক এনার্জির দ্বারা প্রভাবিত মহাবিশ্বে (আমাদের মহাবিশ্ব) সময়ের সাথে সাথে সেই গতি বাড়বে অর্থাৎ ত্বরিত হবে। সম্প্রসারণের হার হ্রাস পায় অথচ প্রসারণের গতি বৃদ্ধি পায় যা মহাবিশ্বের স্থান সম্প্রসারণের জন্য আরও বেড়ে চলে। এই দুটি জিনিসই একই সাথে সত্য। আসলেই মহাবিশ্ব ত্বরান্বিত হচ্ছে এবং সম্প্রসারণের হার খুবই ধীরে ধীরে হ্রাস পাচ্ছে।
লিখাঃ সরোজ নাগ।
সংগৃহীত তথ্য ইন্টারনেট থেকে প্রাপ্ত।
সঙ্গের ছবিটি নাসার সৌজন্যে।