আইনস্টাইনের সমীকরণগুলি পরামর্শ দেয় মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রগুলি পুনরায় সংযোগ করতে পারে

আইনস্টাইন প্রথম মাধ্যাকর্ষণকে বর্ণনা করে এমন সমীকরণ তৈরি করার এক শতাব্দীরও বেশি সময় পরে, পদার্থবিদরা এখনও তাদের ব্যাখ্যা করার নতুন উপায় খুঁজে পাচ্ছেন।

লুকা কমিসো, কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের জ্যোতির্বিদ্যা এবং পদার্থবিদ্যা বিভাগের সহযোগী গবেষণা বিজ্ঞানী এবং কলম্বিয়া অ্যাস্ট্রোফিজিক্স ল্যাবরেটরি এবং চিলির ইউনিভার্সিডাড অ্যাডলফো ইবানেজের ফেলিপ এ অ্যাসেনজো, সম্প্রতি আইনস্টাইনের সমীকরণগুলিকে দেখার একটি নতুন উপায় খুঁজে পেয়েছেন যা “পুনরায়গমন” এর সাথে সম্পর্কিত প্লাজমা, যা ঘটে যখন চৌম্বক ক্ষেত্রের রেখাগুলি ভেঙে যায় এবং পুনরায় সংযোগ করে, বিস্ফোরক ঘটনাকে শক্তি দেয় যেমন সৌর শিখা।

তাদের কাজ দেখায় যে মহাকর্ষের সাথে একই রকম কিছু ঘটতে পারে: সঠিক অবস্থার অধীনে, মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের কাঠামোগুলিও ভেঙে যেতে পারে এবং পুনরায় সংযোগ করতে পারে – একটি প্রক্রিয়াকে তারা “মাধ্যাকর্ষণ পুনঃসংযোগ” বলে। যখন তারা তা করে, শক্তি মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র থেকে বেরিয়ে পদার্থে চলে যায়।

এই ফলাফলগুলি পদার্থবিদদের ব্ল্যাক হোলের সংঘর্ষ সহ মহাবিশ্বের সবচেয়ে চরম ঘটনাগুলির কিছু ভালভাবে বুঝতে সাহায্য করতে পারে। এই পরিবেশে, মাধ্যাকর্ষণ এত শক্তিশালী যে স্থান-কাল অত্যন্ত বিকৃত হয়ে যায়, এর আচরণকে গণনা করা অসাধারণভাবে কঠিন করে তোলে। গবেষকদের দৃষ্টিভঙ্গি মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রগুলি কীভাবে আচরণ করে তা নিয়ন্ত্রিত মৌলিক নিয়মগুলি সনাক্ত করার একটি উপায় প্রস্তাব করে, সম্ভাব্য অন্তর্দৃষ্টি প্রকাশ করে যা কেবল প্রচলিত কম্পিউটার সিমুলেশনগুলি প্রদান করতে পারে না।

মহাকর্ষীয় পুনঃসংযোগ কিভাবে কাজ করে তা বোঝার জন্য, এটি একটি আরও পরিচিত ঘটনা দিয়ে শুরু করতে সাহায্য করে: চৌম্বকীয় পুনঃসংযোগ। বেশিরভাগ মানুষ চৌম্বক ক্ষেত্রের রেখাগুলির একটি ছবি দেখেছেন: একটি বার চুম্বকের চারপাশে লোহার ফাইলিংয়ের আর্কস, বা সূর্যের পৃষ্ঠ থেকে বিস্ফোরিত হওয়া লুপগুলি। একটি প্লাজমাতে, এই লাইনগুলি চারপাশে টেনে আনা হয়, প্রসারিত হয় এবং বাঁকানো হয়। কখনো কখনো মানসিক চাপ খুব বেশি হয়ে যায়।

“চুম্বকীয় পুনঃসংযোগ হল যখন এই ফিল্ড লাইনগুলি, কিছু নির্দিষ্ট কনফিগারেশনে, ভেঙ্গে যায় এবং একটি ভিন্ন কনফিগারেশনে পুনরায় সংযুক্ত করে,” কমিসো বলেন। “যখন তারা ভেঙে যায় এবং পুনরায় সংযোগ করে, তারা শক্তি ছেড়ে দেয়।” এটি সৌর অগ্নিশিখার পিছনের প্রক্রিয়া এবং সমস্ত জ্যোতির্পদার্থবিদ্যায় সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ শক্তি-মুক্তির প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি। “এটি চৌম্বক ক্ষেত্র থেকে শক্তি নেয় এবং এটি রক্তরসের কণাগুলিতে দেয়, বিস্ফোরণ, উত্সাহী ঘটনা তৈরি করে।”

গবেষকরা বলছেন, মহাকর্ষ অনুরূপ কিছু করতে পারে। কিন্তু জ্যামিতি ভিন্ন কারণ আইনস্টাইনের স্থান-কালের তিনটির পরিবর্তে চারটি মাত্রা রয়েছে, যা শুধুমাত্র স্থানকে বর্ণনা করে।

“কারণ স্থান-কাল ত্রিমাত্রিক না হয়ে চার-মাত্রিক, মাধ্যাকর্ষণ ক্ষেত্র রেখার পরিবর্তে ক্ষেত্র ‘শীট’-এর মতো কিছু জড়িত,” কমিসো ব্যাখ্যা করেছিলেন। “একটি রেখায় একটি মাত্রা যোগ করা আপনাকে একটি সমতল দেয়। আপনি এটিকে একটি ‘শীট’ গঠনের জন্য অনেকগুলি লাইনকে একত্রিত করার মত ভাবতে পারেন।”

তাই চৌম্বক ক্ষেত্র রেখার পরিবর্তে যা প্রসারিত, পুনঃসংযোগ এবং শক্তি প্রকাশ করে, মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রটি শীটগুলির আকার নেয় যা শক্তি সরায়, পুনরায় সংযোগ করে এবং মুক্তি দেয়। এই শীটগুলি ভৌত ​​বস্তুর পরিবর্তে গাণিতিক কাঠামো, কিন্তু তাদের পুনঃসংযোগ একটি প্রক্রিয়া বর্ণনা করে যার মাধ্যমে মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র থেকে পদার্থে শক্তি স্থানান্তরিত হতে পারে।

আবিষ্কারটি আইনস্টাইনের সমীকরণগুলিকে দেখার একটি অপ্রচলিত উপায় থেকে উদ্ভূত হয়েছে, যা স্থান-কাল কীভাবে বিবর্তিত হয় তা নিয়ন্ত্রিত মৌলিক নিয়মগুলিতে পূর্ববর্তী গবেষণার উপর ভিত্তি করে।

কমিসো এবং অ্যাসেনজোর গবেষণাপত্র, “গ্র্যাভিটেশনাল ফিল্ডসের পুনঃসংযোগ”, যা আজ আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটি দ্বারা প্রকাশিত একটি বৈজ্ঞানিক জার্নাল ফিজিক্যাল রিভিউ ডি-তে প্রকাশিত হয়েছে, ম্যারিকারমেন এ. উইঙ্কলারের সাথে ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারে প্রকাশিত একটি আগের গবেষণাপত্রের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছে। এই গবেষণাটি পূর্বে অচেনা নিয়মগুলির একটি সেট চিহ্নিত করেছে যা স্থান-কালকে কীভাবে বাঁকতে, প্রসারিত করতে এবং বিকশিত হতে দেওয়া হয় তা সীমাবদ্ধ করে।

“আইনস্টাইনের সমীকরণে স্থান-কাল কীভাবে বিবর্তিত হতে পারে তার উপর সীমাবদ্ধতা রয়েছে যা অবিলম্বে স্পষ্ট নয়,” বলেছেন আসেনজো। “এই লুকানো নতুন বৈশিষ্ট্যগুলি প্রকাশ করার মাধ্যমে, আমরা এই মহাকর্ষীয় পুনঃসংযোগ প্রক্রিয়াটি কীভাবে আচরণ করে তা নিয়ন্ত্রিত মৌলিক নিয়মগুলি বুঝতে শুরু করতে পারি।”

তাদের সাম্প্রতিক গবেষণাপত্রে, Comisso এবং Asenjo দেখায় যে কীভাবে মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের সংযোগগুলি পরিবর্তন হতে পারে যখন তাদের সংরক্ষণ করে এমন আদর্শ অবস্থাগুলি ভেঙে যায় – একটি প্রক্রিয়া যাকে তারা মহাকর্ষীয় পুনঃসংযোগ বলে।

“কিছু প্রভাব সমীকরণের মধ্যে লুকিয়ে আছে, এবং সেগুলিকে দেখেই ক্যাপচার করা সোজা নয়,” কমিসো বলেছিলেন। “আপনাকে সেগুলিকে অন্যভাবে লিখতে হবে, এবং তারপরে আপনি সেই আচরণটি কাজে লাগাতে পারেন।”

সেই পুনর্লিখনই কাজের হৃদয়। গত কয়েক বছর ধরে, পদার্থবিদরা আইনস্টাইনের সমীকরণের একটি নতুন সূত্র তৈরি করেছেন—গাণিতিকভাবে মূলের সমতুল্য কিন্তু বিভিন্ন ভেরিয়েবলে প্রকাশ করা হয়েছে। এইভাবে লেখা, মহাকর্ষের সমীকরণগুলি প্লাজমাগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে এমন সমীকরণগুলির মতো একটি দুর্দান্ত জিনিস দেখাতে শুরু করে: গ্যাসগুলি যা সূর্যকে তৈরি করে, জ্বালানী ফিউশন পরীক্ষা করে এবং তারার মধ্যে অনেক জায়গা পূরণ করে।

কমিসো তার কর্মজীবন প্লাজমা অধ্যয়ন করে কাটিয়েছেন। সাদৃশ্য স্বীকার করে, তিনি এবং তার সহকর্মীরা মহাকর্ষকে বহন করার জন্য প্লাজমা পদার্থবিদ্যার পদ্ধতি নিয়ে আসেন।

“এটি আমাদের স্থান-কালের কিছু নিদর্শন ভবিষ্যদ্বাণী করতে সাহায্য করে,” কমিসো বলেছিলেন। “এমনকি সম্পূর্ণ গণনা না করেও, আমরা জানি যে স্থান-কালকে একটি নির্দিষ্ট উপায়ে আচরণ করতে হবে, এটি সেই সীমাবদ্ধতাগুলি পূরণ করতে হবে।”

এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এই ধরনের পদার্থবিদ্যা সাধারণত কিভাবে করা হয়। জ্যোতির্পদার্থবিদরা যখন জানতে চান যে দুটি ব্ল্যাক হোল সংঘর্ষে কী ঘটে, তখন তারা বিশাল সুপারকম্পিউটার সিমুলেশন চালায়: শুরুর অবস্থার একটি সেট বেছে নিন, কম্পিউটারকে এগিয়ে যেতে দিন এবং কী উদ্ভূত হয় তা দেখুন।

ফলাফলগুলি মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ সংকেতের আকৃতির ভবিষ্যদ্বাণী করতে ব্যবহৃত হয় যা লেজার ইন্টারফেরোমিটার গ্র্যাভিটেশনাল-ওয়েভ অবজারভেটরি (LIGO), একটি মানমন্দিরের মতো ব্ল্যাক হোলের সংঘর্ষের মতো ঘটনা থেকে স্থান-কালের তরঙ্গ সনাক্ত করার জন্য পরিমাপ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

আপাতত, মহাকর্ষীয় পুনঃসংযোগ একটি তাত্ত্বিক আবিষ্কার। পরবর্তী চ্যালেঞ্জ হল কীভাবে প্রক্রিয়াটি নির্দিষ্ট জ্যোতির্বিদ্যাগত সেটিংসে উদ্ভাসিত হতে পারে, যেমন ব্ল্যাক হোল একত্রিত করা এবং এটি পরিমাপযোগ্য প্রভাব তৈরি করে কিনা তা তদন্ত করা। কমিসো আশা করেন যে পদ্ধতিটি শেষ পর্যন্ত গবেষকদের ভবিষ্যদ্বাণী করতে সাহায্য করবে যে এই ধরনের ঘটনাগুলি কতটা শক্তি প্রকাশ করে এবং তারা মহাকর্ষীয় তরঙ্গে কী স্বাক্ষর রেখে যেতে পারে।

গবেষণাটি ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং নাসা দ্বারা সমর্থিত ছিল।