ভৌত রাশি

বস্তু জগতে (Physical World) যা কিছু পরিমাপ করা যায়, তাকে ভৌত রাশি (ইংরেজি: Physical quantity) বলে। আপনি এখন একটি কম্পিউটার বা মোবাইল ফোনে এ নিবন্ধটি পড়ছেন, বসে আছেন কোন চেয়ার বা টেবিলে, কোন বিষয়ে নোট নেবার জন্য হাতের কাছে রেখেছেন কাগজ-কলম। এমনিভাবে, আপনার চারপাশ ঘিরে রয়েছে হাজারো জড় বস্তু। এইসব জড়বস্তু নিয়েই গঠিত আমাদের এই ভৌত জগত। এই জগতে বেশ কিছু বিষয় আছে, যা সাংখ্যিকভাবে পরিমাপ করা যায়। আবার কিছু বিষয় আছে যা সাংখ্যিকভাবে পরিমাপ করা যায় না। যা কিছু পরিমাপ করা যায়, যার পরিমাণ একটি নির্দিষ্ট সংখ্যা দিয়ে নির্দেশ করা যায়, পদার্থবিজ্ঞানে সেটিই রাশি হিসেবে পরিগণিত হয়। যেমনঃ আপনার ওজন, আপনার উচ্চতা, বাসার দেয়াল ঘড়িতে নির্দেশিত সময় ইত্যাদি। এগুলো পরিমাপ করা যায়। অন্যদিকে, দুঃখ, কষ্ট, ব্যাথা, আনন্দ, হর্ষ ইত্যাদি বিষয় কখনো সংখ্যা দিয়ে সূচিত করা যায় না। আপনি কখনো বলেন না যে, আজ আপনি খুব আনন্দিত আর আপনার আনন্দের পরিমাণ ১০০। যেহেতু এই বিষয়গুলো সাংখ্যিকভাবে বর্ণনা করা যায় না, তাই এগুলো রাশি নয়।তাই এগুলো কে বলে অপরিমেয় ভৌতরাশি। পদার্থবিজ্ঞানে রাশিকে বিভিন্ন দৃষ্টিকোণ থেকে শ্রেণিবিন্যাস করা হয়েছে। মৌলিকত্বের দিক থেকে রাশি দুই প্রকার। যথাঃ ১। মৌলিক রাশি ২। লব্ধ রাশি যে সকল রাশি স্বাধীন বা নিরপেক্ষ অন্য রাশির উপর নির্ভর করে না বরং অন্যান্য রাশি এদের উপর নির্ভর করে তাদেরকে মৌলিক রাশি বলে। যেমন: দৈর্ঘ্য, ভর, সময়, তাপমাত্রা ইত্যাদি। এ পর্যন্ত সাতটি রাশিকে বিজ্ঞানীদের সর্বসম্মতিতে মৌলিক রাশি হিসেবে নির্দিষ্ট করা হয়েছে। এগুলো হলঃ ভর, দৈর্ঘ্য, সময়, তাপমাত্রা, তড়িৎ প্রবাহ, দীপন তীব্রতা, পদার্থের পরিমাণ। ১৯৬০ সালে অনুষ্ঠিত বিজ্ঞানীদের যৌথ সম্মেলনে এ সাতটি রাশিকে মৌলিক রাশি হিসেবে চূড়ান্ত সিদ্ধান্ত গ্রহণ করা হয়। যে সকল রাশি মৌলিক রাশির উপর নির্ভরশীল, তাদেরকে লব্ধ রাশি বলে। যেমনঃ বেগ, ত্বরণ, বল ইত্যাদি। বিভিন্ন প্রকার মৌলিক রাশির যোগ-বিয়োগ-গুণ-ভাগ ইত্যাদি প্রক্রিয়ায় লব্ধ রাশিগুলো লাভ করা যায় বলে এদেরকে যৌগিক রাশিও বলা হয়। যেমনঃ বল একটি লব্ধ রাশি বা যৌগিক রাশি। কেননা, বল= ভর x ত্বরণ = ভরx সরণ/ (সময় x সময়)। এখান থেকে বোঝা যায় যে, ভর, সরণ (দৈর্ঘ্য) ও সময় এই তিনটি মৌলিক রাশিকে গুণ ও ভাগ করে অবশেষে 'বল' রাশিটি পাওয়া গেছে। তাই, বল একটি লব্ধ রাশি। আবার, দিক নির্দেশের ভিত্তিতে রাশি দুই প্রকার, যথাঃ ১। স্কেলার রাশি বা অদিক রাশি এবং ২। ভেক্টর রাশি বা সদিক রাশি। কোন বস্তুর কোন একটি ধার বা প্রান্ত বা মাত্রা কতটুকু দীর্ঘ, সেটাই তার দৈর্ঘ্য। যেমনঃ একটি আয়তাকার ঘনবস্তুর কথা বিবেচনা করা যাক। যার AB প্রান্তের দৈর্ঘ্য ৪ মিটার, BC প্রান্তের দৈর্ঘ্য ৩ মিটার এবং CD প্রান্তের দৈর্ঘ্য ২ মিটার। আমরা আমাদের চলতি পরিভাষায় সাধারণত AB কে দৈর্ঘ্য, BC কে প্রস্থ এবং CD কে উচ্চতা নামে ডেকে থাকলেও এগুলোর প্রত্যেকটিই কিন্তু এক একটি দৈর্ঘ্য এবং এদের এই দৈর্ঘ্যের পরিমাপ মূল নিয়ম-কানুন কিংবা ব্যবহৃত যন্ত্রপাতি একই। দৈর্ঘ্য পরিমাপের জন্য আমরা রুলার, মিটার স্কেল, মেজারমেন্ট টেপ, স্লাইড ক্যালিপার্স, ভার্নিয়ার স্কেল, স্ক্রু-গেজ প্রভৃতি যন্ত্রের সাহায্য নিয়ে থাকি। এছাড়া, হাত, পা প্রভৃতি থেকেও দৈর্ঘ্য সম্বন্ধে ধারণা লাভ করতে পারি। যেমনঃ শাড়ির দৈর্ঘ্য মাপতে আমরা আজও হাত ব্যবহার করে থাকি। অন্যদিকে, পায়ের পাতার দৈর্ঘ্যকে 'ফুট' হিসেবে ভেবে নিয়ে বিভিন্ন জিনিসের দৈর্ঘ্য মাপি। কোন বস্তুতে মোট পদার্থের পরিমাণকে ভর (mass) বলে। ভরকে সাধারণত ইংরেজি m বর্ণ দ্বারা সূচিত করা হয়। অবস্থানের পরিবর্তনের কারণে বস্তুর ভর পরিবর্তন হয় না। কোন বস্তুকে পৃথিবীতে রাখা হলে, তার ভর যা হবে, বস্তুটিকে চাঁদে নিয়ে গিয়ে রাখলেও ভর তাই-ই হবে। যদিও বস্তুটির ওজন পৃথিবী ও চাঁদে ভিন্ন ভিন্ন হবে, কিন্তু ভর ভিন্ন হবে না। কারণ, ভর মানে বস্তুতে কী পরিমাণ জিনিস আছে সেটা। যেহেতু পৃথিবীতে থাকাকালীন বস্তুটিতে যা ছিল, চাঁদেও বস্তুটিতে তা-ই ছিল। অতএব, বস্তুটির ভর উভয় স্থানে একই হবে। কোন বস্তু যদি আলোর ন্যায় অস্বাভাবিক দ্রুতিতে গতিশীল না থাকে, তবে বস্তুটির ভরের কোন পরিবর্তন হয় না। (বা হলেও সেটা নিতান্তই নগণ্য)। তবে, আইন্সটাইনের আপেক্ষিক তত্ত্বানুসারে দেখা গেছে, কোন বস্তু যদি আলোর কাছাকাছি বেগে গতিশীল হয়, তবে গতিশীল অবস্থায় বস্তুটির ভর বেড়ে যায়। ভর পরিমাপের জন্য রয়েছে সাধারণ বাটখারা, নিক্তি, তুলাদণ্ড, দাড়িপাল্লা ইত্যাদি যন্ত্রপাতি। সময় একটি ভৌত রাশি, যা পরিমাপযোগ্য। অতীত বর্তমান ও ভবিষ্যতের মধ্যে পার্থক্যকারীকে সময় বলা হয়।বলা হয়ে থাকে, সময় ও স্রোত কারও জন্য অপেক্ষা করে না। স্রোতের মত সময়ও চিরপ্রবহমান। চিরায়ত পদার্থবিদ্যায় সময়কে সার্বভৌম জ্ঞান করা হয়। সময় সতত গতিশীল এবং একে কোন কিছু দ্বারাই থামিয়ে রাখা যায় না। এদিক থেকে সময়ের সাথে নদীর স্রোতের কিছুটা তফাত আছে, অন্তত নদীর স্রোতকে বিভিন্ন ব্যবস্থা নিয়ে মন্থর বা রুদ্ধ করা যায়, কিন্তু সময়কে কখনোই মন্থর বা রুদ্ধ করে দেয়া যায় না। সময় তাই শাশ্বত ও সার্বভৌম। চিরায়ত পদার্থবিদ্যায় সময়ের পরিমাপ পর্যবেক্ষকের গতির দ্বারা প্রভাবিত হয় না। পর্যবেক্ষক, যিনি সময় হিসেব করছেন, তিনি স্থির থাকুন কিংবা গতিশীল, সর্বাবস্থায় তিনি কোন একটি ঘটনা ঘটার সময়কাল একই রকম মাপবেন। তবে, আধুনিক মতে, পর্যবেক্ষকের সাপেক্ষে বস্তু যদি আলোর ন্যায় কাছাকাছি বেগে গতিশীল হয়, তবে, সময়কাল বেড়ে যায়। তবে এই ক্ষেত্রটি আমাদের জন্য প্রযোজ্য নয়, যেহেতু, এখনো পর্যন্তু উদ্ভাবিত কোন বস্তু আলোর বেগে গতিশীলতা লাভ করতে পারে নি। সেজন্য, সময়কে আমরা আপাতত সার্বভৌমই ধরে নিতে পারি। সময় পরিমাপের জন্য থামা ঘড়ি বা স্টপ ওয়াচ, দোলন ঘড়ি, দেয়াল ঘড়ি, ডিজিটাল ঘড়ি বিভিন্ন যন্ত্রপাতি রয়েছে। কোন বস্তু কতটুকু গরম বা কতটুকু ঠাণ্ডা তা বোঝা যায়, বস্তুটির তাপমাত্রা থেকে। কোন বস্তুর তাপমাত্রা বেশি মানে বস্তুটি বেশি গরম, আর তাপমাত্রা কম মানে, বস্তুটি তুলনামূলকভাবে ঠাণ্ডা। মূলত, তাপমাত্রা হলো কোন বস্তুর তাপীয় অবস্থা যা নির্ধারণ করে অন্য কোন বস্তুকে এই বস্তুটির সংস্পর্শে নিয়ে এলে তাপের প্রবাহ কোন দিকে হবে। তবে একথা সহজেই অনুমেয় যে, তাপ বেশি তাপমাত্রার বস্তু হতে কম তাপমাত্রার বস্তুতে প্রবাহিত হয়। তাপমাত্রা মাপার জন্য আমরা অনেক সময় আমাদের ত্বক ব্যবহার করে থাকি। যেমন জ্বর হলে আমরা রোগীর কপালে হাত রেখে জ্বরের তীব্রতা অনুধাবনের চেষ্টা করি। তবে, স্পর্শানুভুতির দ্বারা তাপমাত্রা সঠিকভাবে, নিখুঁতভাবে ও সংখ্যাত্নক উপায়ে নির্ণয় করতে পারি না। এর জন্য আমাদের প্রয়োজন তাপমাত্রা পরিমাপক যন্ত্র। তাপমাত্রা পরিমাপক যন্ত্রের নাম থার্মোমিটার বা তাপমান যন্ত্র। আমরা জানি, সকল পদার্থই পরমাণু নামক ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কণা দ্বারা গঠিত। আর এই পরমাণুর মধ্যে রয়েছে আবার ইলেকট্রন, প্রোটন ও নিউট্রন। ইলেকট্রন ও প্রোটনের রয়েছে একটি বিশেষ ধর্ম যাকে আধান বা চার্জ নামে অভিহিত করা হয়ে থাকে। কোন পরিবাহীর মধ্য দিয়ে এই চার্জের প্রবাহ ঘটলেই তাকে বলা হয় তড়িৎ প্রবাহ বা বিদুৎ প্রবাহ। পরিমাণগতভাবে বললে বলা যায়, কোন পরিবাহীর যেকোন প্রস্থচ্ছেদের মধ্য দিয়ে একক সময়ে যে পরিমাণ আধান (চার্জ) প্রবাহিত হয়, তাকে তড়িৎ প্রবাহ বলে। গ্যালভানোমিটার দ্বারা পরিবাহীতে তড়িৎ প্রবাহের উপস্থিতি নির্ণয় করা যায় এবং অ্যামিটার নামক যন্ত্রের সাহায্যে অ্যাম্পিয়ার এককে তড়িৎ প্রবাহ হিসেব করা যায়। কোন আলোক উৎস কর্তৃক এর চারপাশের অঞ্চল আলোকিত করার শক্তিমাত্রাকে দীপন তীব্রতা বলা হয়। একে l দ্বারা প্রকাশ করা হয়। দীপন তীব্রতার একক ক্যান্ডেলা (cd) এবং মাত্রা J পদার্থের পরিমাণ একটি মৌলিক রাশি। একে ভরের সাথে গুলিয়ে ফেলা যাবে না। ভর হচ্ছে, কী পরিমাণ জিনিস দিয়ে বস্তুটি গঠিত তা। অন্য দিকে, পদার্থের পরিমাণ বলতে বোঝায় কতুটুকু পরিমাণ পদার্থ নেয়া হয়েছে। পদার্থের পরিমাণ বিষয়টি শুনতে খুব সহজ মনে হলেও এটি আমাদের দৈনন্দিন জীবনে খুব একটা ব্যবহৃত হয় না, যেমনটি হয় ভর। সাধারণত, রসায়নে পদার্থের পরিমাণ রাশিটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হতে দেখা যায়। সকল ভৌত রাশি পরিমাপের জন্য একটি মানকে আদর্শ হিসেবে ধরা হয়। একে রাশিটির একক বলে। যেমনঃ দৈর্ঘ্যের একক মিটার, সময়ের একক সেকেন্ড ইত্যাদি। ঠিক কোন পরিমাণ দৈর্ঘ্যকে ১ মিটার হিসেবে ধরা হবে বা কোন পরিমাণ সময়কে ১ সেকেন্ড হিসেবে ধরা হবে, সেটি একটি বিবেচনার বিষয়। ঠিক কোন পরিমাণকে একক হিসেবে ধরতে হবে তার উপর বিজ্ঞানের বিধিগুলো নির্ভর করে না । বর্তমানে যে পরিমাণ ভর কে ১ কেজি হিসেবে ধরা হয়েছে, সেই পরিমাণ ভরকে ১ কেজি হিসেবে না ধরে যদি আরেক্টূ বেশি ভর বা কম ভরকে ১ কেজি হিসেবে ধরত, তাহলেও পরিমাপের ক্ষেত্রে কোনো অসুবিধা হত না। শুধু কোনো একটি নির্দিষ্ট ভরের সংখ্যাগত মান না numerical representation ভিন্ন আসতো। যেমনঃ এখন যার ভর ৬০ কেজি , তখন হয়ত আসতো ১৫০ কেজি। এ থেকে বুঝি মনে হয়, ইচ্ছেমত একটা ভরকে ১ কেজি হিসেবে ধরেই পরিমাপ করা যায়। কথাটা আংশিক সত্য, ইচ্ছে মত ধরা যাবে, কিন্তু এমন ভাবে ভৌত রাশিগুলোর একক ধরতে হবে যে তাকে বাস্তব কোনো বিষয়-বস্তু দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় । এককের ব্যাখ্যা করা হবে বৈজ্ঞানিক কোনো ধ্রুবকের সাহায্যে। যেমনঃআগে ১ মিটারকে সংজ্ঞায়ন করা হত উত্তর মেরু থেকে নিরক্ষরেখা পর্যন্ত ফ্রান্সের প্যারিসের উপর দিয়ে যাওয়া দ্রাঘিমা রেখার ১০ লক্ষ ভাগের ১ ভাগকে ১ মিটার হিসেবে ধরে নিয়ে। কিন্তু পৃথিবীর আকার পরিবর্তনশীল , তাই সূদুর ভবিষ্যতে হয়ত এই পরিমাণ দূরত্ব আর এক মিটার থাকবে না। তাই এখন ১ মিটারকে সংজ্ঞায়ন করার জন্য আলোর গতি ব্যবহার করা হয় ,যা ধ্রুবক। আবার আগে ১ কেজি ভরের সংজ্ঞায়নের জন্য প্লাটিনাম-ইরিডিয়াম ধাতুতে তৈরি একটি সিলিন্ডারের ভরকে ব্যবহার করা হত, এখন তা বদলিয়ে প্লাংকের ধ্রুবক ব্যবহার করে ১ কেজির ব্যাখ্যা দেয়া হয়।