মহাজাগতিক স্ট্রিং

মহাজাগতিক স্ট্রিং হল এক ধরনের প্রকল্পিত ১ মাত্রার টপোলজিক্যাল প্রভাব যা আদি মহাবিশ্বের প্রতিসাম্যতা ভঙ্গকারী দশা পরিবর্তনের ফল, যখন শূন্যস্থানের টপোলজি এই প্রতিসাম্যতা ভাঙনের সাথে যুক্ত থাকে না। এটা আশা করা হয় যে, প্রত্যেক হাবল আয়তনে ১ স্ট্রিং করে তৈরি হয়। তাদের অস্তিত্বের কথা প্রথম বলেন পদার্থবিদ টম কিবল ১৯৭০-এর দশকে।

মহাজাগতিক স্ট্রিং গঠন হওয়াটা অনেকটা ত্রুটিপূর্ণ যেমনটা হয় তরলকে কঠিন করলে যে ক্রিস্টাল গ্রেইন অথবা পানি বরফে পরিনত হলে যে ভাঙ্গন থাকে তেমন। এই দশ আপরিবর্তনীয় যা থেকে এই স্ট্রিং তৈরী হয়, তা আদি মহাবিশ্বের গঠনের সময়ে গঠিত, ঠিক মহাজাগতিক স্ফীতিশীলতার পরই, এবং এটি আদি মহাবিশ্বের উপর কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্ব ও স্ট্রিং তত্ত্বের সাধারণ অনুমান।

 মহাজাগতিক স্ট্রিং নিয়ে তত্ত্ব 
স্ট্রিং তত্ত্বে মহাজাগতিক স্ট্রিংয়ের কাজটা প্রাথমিক স্ট্রিং (F String) দিয়েই চালানো যেতে পারে যা D String এর মাধ্যমে (এরা F String-এর সাথে সবল-দুর্বল বা S duality, অথবা উচ্চ মাত্রার D-, NS- অথবা M- ব্রেন যা আংশিকভাবে জটিল চক্রের সাথে জড়িত এবং উচ্চ স্থানকাল মাত্রার সাথে যুক্ত যাতে কেবল একটি অদৃঢ় মাত্রা থাকে, এর মাধ্যমে সম্পর্কিত) তত্ত্বটিকে চিনিয়ে দিতে পারে।

কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্বের সাথে মহাজাগতিক স্ট্রিং-এর একটি প্রোটোটাইপিকাল উদাহরণ হলো আয়বেলিয়ান হিগস মডেল। এই কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্ব ও স্ট্রিং তত্ত্ব, মহাজাগতিক স্ট্রিং উভয়ের মধ্যে অনেক ধর্মানুগত মিল থাকার কথা, কিন্তু এটা জানতে আরো অনেক পরীক্ষা-নিরীক্ষা লাগবে। উদাহরণস্বরুপ F String সম্পূর্ণভাবে কোয়ান্টাম-মেকানিক্যাল এবং এর কোন চিরায়ত সংজ্ঞা নেই। যেখানে ক্ষেত্রতত্ত্ব মহাজাগতিক স্ট্রিংকে চিরায়তই মানা হয়।

 মাত্রা 
মহাজাগতিক স্ট্রিং (যদি থাকে) প্রস্থে অনেক পাতলা হবে, যেন প্রোতনের বিস্তারের সমান, প্রায় ১ ফেমটোমিটার। পরিমাপের এই স্কেল অন্য যেকোন মহাজাগতিক স্কেলের চেয়ে অনেক ছোট, যার ফলে এর প্রস্থ শুন্য ধরা হয়। এ থেকে ধরা হয় স্ট্রিং একক মাত্রার বস্তু, এবং এটি নাম্বু-গতু ক্রিয়া মেনে চলে, যা চিরায়ত অবস্থানুযায়ী পলিকভ ক্রিয়া এর সমতুল্য, যা সুপারস্ট্রিং তত্ত্ব এর বোসনিক সেক্টরের সংজ্ঞা দেয়।

ক্ষেত্রতত্ত্বে স্ট্রিং এর প্রস্থ প্রতিসাম্যতা ভঙ্গকারী দশা পরিবর্তনের স্কেল অনুযায়ী সেট করা হয়। স্ট্রিং তত্ত্বে স্ট্রিং এর প্রস্থ সেট করা হয় প্রাথমিক স্ট্রিং স্কেল, বিকৃতি ফ্যাক্টর (যা একটি অভ্যন্তরীন ছয় মাত্রার স্থানকাল মেনিফোল্ডের স্থানকাল বক্ররতার সহযোগী) এবং/অথবা অভ্যন্তরিন দৃঢ় মাত্রা দ্বারা। স্ট্রিং তত্ত্বানুযায়ী জগতে স্থানকালের বক্রতা ও মিথঃস্ক্রিয়ার শক্তির উপর নির্ভর করে ১০/১১টি মাত্রা আছে।

 মহাকর্ষ 
একটি স্ট্রিং স্থানকালে ইউক্লীডীয় জ্যামিতির জ্যামিতিক বিচ্যুতি যা কৌনিক ডেফিসিট দ্বারা ঘটিত হয়ঃ স্ট্রীং এর বাইরে আকা বৃত্তের কোন তখন ৩৬০০ থেকে কিছুটা কম হয়। আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব অনুযায়ী এরকম জ্যামিতিক বিচ্যুতির একটা প্রসারণ থাকার কথা যা ভর দ্বারা প্রকট হয়। যদিও মহাজাগতিক স্ট্রিংগুলো অনেক পাতলা হয়, তাদের বিশাল ঘনত্ব থাকে, আর আর তাই তারা উল্লেখযোগ্য মহাকর্ষীয় তরঙ্গ উৎসকে বর্ণনা করে। একটি এক কিলোমিটার দীর্ঘ স্ট্রিং পৃথিবীর চেয়েও পাতলা হবে। যাই হোক, আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব বলে যে একটি সোজা স্ট্রিং এর মহাকর্ষীয় ক্ষমতা অদৃশ্য হয়ে যায়ঃ এর আশেপাশের বস্তুর উপর এর কোন মহাকর্ষীয় বল কাজ করেনা। এই সোজা কসমিক স্ট্রিং এর একমাত্র মহাকর্ষীয় প্রভাব হল বস্তুর (অথবা আলোর) সাথে এর পারস্পরিক বিনিময়তা যা স্ট্রিং এর বিপরীত দিকে কাজ করে (টপোলজিক্যাল প্রভাব)। একটি বদ্ধ কসমিক স্ট্রিং প্রচলিত পথেই অভিকর্ষিত হয়।

মহাবিশ্বের সম্প্রসারনের সময়, মহাজাগতিক স্ট্রিংগুলো কিছু লুপবিশিষ্ট জাল তৈরী করে, এবং আগে ভাবা হত যে তাদের মহাকর্ষ বস্তুর গ্যালাক্টিক সুপারক্লাস্টারে পরিনত হবার জন্যে দায়ী। এটা এখন পরিমাপ করা হয়েছে যে মহাবিশ্বের গঠনে তাদের অবদান কেবল ১০%।

 ঋনাত্মক ভরের মহাজাগতিক স্ট্রিং 
মহাজাগতিক রশ্মির স্ট্যান্ডার্ড মডেল একটি কৌনিক ডেফিসিট হওয়া জ্যামিতিক গঠন, যা প্রসারণ সৃষ্টি করে, আর যার ফলে এর ধনাত্মক ভর থাকে। ১৯৯৫ সালে ভিসের প্রস্তাব দেন যে মহাজাগতিক স্ট্রিংগুলোর তাত্ত্বিকভাবে কৌনিক বাহুল্যও হতে পারে, যার ফলে ঋনাত্মক প্রসারন ও ফলে ঋনাত্মক ভর হবে। এমন এক্সটিক পদার্থএর স্ট্রিং এর স্থিতিশীলতা অনেক সমস্যার হয়, যাই হোক তারা বলেন যে যদি আদি মহাবিশ্বের ওয়ার্মহোলএর চারপাশে যদি ঋনাত্মক ভরের স্ট্রিং জড়ানো হয় তাহলে বর্তমানেও স্থির ওয়ার্মহোল থাকতে পারে।

 সুপার ক্রিটিক্যাল মহাজাগতিক রশ্মি 
একটি সোজা মহাজাগতিক রশ্মির বাইরের দিকের জ্যামিতিক ডায়াগ্রাম নিচের মত করে ব্যাখ্যা করা যায়ঃ

স্ট্রিং এর সাথে লম্বভাবে একটি দ্বিমাত্রিক ক্ষেত্রে ফোকাস করলে দেখা যায় এটার জ্যামিতি কোনের মত, যা δ কোনের একটি শঙ্কু কেটে এবং ধারের সাথে যোগ করে পাওয়া যায়। এই কৌনিক ডেফিসিট δ স্ট্রিং এর প্রসারনের সাথে রৈখিকভাবে সম্পর্কিত, প্রসারন যত বাড়বে, কোন তত খাড়া হবে। তাই ণির্দিষ্ট পরিমাণ প্রসারনের জন্যে δ এর মান 2π হয়, এবং কোনটি সিলিন্ডারের মত হয়ে যায়। δ এর মান আরো বড় হলে সেটা 2π কে অতিক্রম করে, ফলে সেটা মোচাকার হয়ে যায়।

যাই হোক, এই স্থির জ্যামিতি সুপার ক্রিটিক্যাল অবস্থায় অস্থির হয়ে পরে। ছোটখাট বিচলনের ফলেও গতিশীল স্থানকালের সৃষ্টি হতে পারে, যা অক্ষের দিকে ধ্রুব হারে বাড়তে থাকে। দুই মাত্রার বহির্চিত্র দৃঢ় হয়, কিন্তু মোচাকার সিঙ্গ্যুলারিটি বাদ দেয়াও যেতে পারে, এবং তার চিত্র হয় বাড়ন্ত সিগারের মত। অত্যধিক প্রসারনের জন্যে স্ট্রিংকে রশ্মীয় দিকে আর স্থিত রাখা যায়না।

বাস্তব মহাজাগতিক স্ট্রিংয়ের প্রসারণ ক্রিটিক্যাল মান থেকে ৬ বিস্তর কম হয়, এবং ফলে তারা সাব ক্রিটিক্যাল হয়। যাই হোক স্ফীতিশীল মহাজাগতিক স্ট্রিং এর সমাধান ব্রেইন জ্যোতির্বিজ্ঞান এর সাথে মিলতে পারে, যেখানে স্ট্রিংকে ৬ মাত্রার আয়তনে ব্রেইন এ উন্নীত করা হয়।

 প্রত্যক্ষ প্রমাণ 
একসময় ভাবা হত মহাজাগতিক স্ট্রিং এর মহাকর্ষীয় প্রভাব মহাবিশ্বের বস্তুগুলোর ক্ল্যাম্পিং এর জন্যে দায়ী। কিন্তু এখন ছায়াপথের জরিপ ও মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ডের স্টহিক পরিমাপ একটি বিচ্ছিন্ন বিবর্তন গাউসিয়ান স্ফীতিশীলতার জন্ম দেয়। এসব সঠিক পর্যবেক্ষণ মহাজাগতিক স্ট্রিং এর জন্যে একটি উল্লেখযোগ্য ভূমিকা পালন করে, যা থেকে জানা যায় সিএমবি এর ক্ষেত্রে মহাজাগতিক স্ট্রিং এর ভূমিকা ১০ এর চেয়ে বেশি নয়।

মহাজাগতিক স্ট্রিং এর বেগুনী আন্দোলনের ফলে কাস্প ও কিঙ্ক তৈরী হয়। এদের ফলে স্ট্রিং এর অংশ বিচ্ছিন্ন লুপে পরিণত হয়। এদের জীবনসীমা সীমিত এবনহ মহাজাগতিক বিকিরনের ফলে এরা ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এই বিকিরন যা মহাজাগতিক স্ট্রিং এর সবচেয়ে শক্তিশালী সিগন্যাল তা মহাজাগতিক তরঙ্গ পরীক্ষনের সময় পাওইয়া যেতে পারে। দেখার বিষয় হল কোন সীমা পর্যন্ত এই লুপগুলো পাল্টা ক্রিয়া করে অথবা বিকীর্ত মহাজাগতিক স্ট্রিং এর প্রাথমিক অবস্থা পাল্টে দেয়। এসব পাল্টা ক্রিয়া পরিমাপের ক্ষেত্রে বাদ দেয়া হয় এবং এরা প্রয়োজনীয়ও বটে, অন্তত চূড়া নির্ণয়ের ক্ষেত্রেও।

মহাজাগতিক স্ট্রিং এর সোজা অংশের ফলে একটি ছায়াপথের মহাজাগতিক লেন্সিং ছায়াপথটির দুইটি একই ও অবিচ্ছিন্ন চিত্র তৈরী করতে পারে। ২০০৩ সালে মিখাইল সাঝিন নামক বিজ্ঞানীর একটি গ্রুপ জানায় যে তারা আকাশে দুটি একই দেখতে ছায়াপথ আবিষ্কার করে ফেলেছে, যার ফলে সবাই ভাবে মহাজাগতিক স্ট্রিং পাওয়া গেছে। যাই হোক, হাবল স্পেস টেলিস্কোপ এর ২০০৫ সালের জানুয়ারীর তথ্য পর্যবেক্ষণ করে একই গ্যালাক্সির দুটি ছবি নয়, বরং দুটি গ্যালাক্সির একই রকম দেখতে চিত্র পাওয়া যায়। মহাজাগতিক স্ট্রিং কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড এর স্ফীতিশীলতার একই দেখতে দুটি ছবি  তৈরী করতে পারে, যা প্লাঙ্ক সার্ভেয়র মিশনের মাধ্যমে পাওয়া যাবে ভাবা হয়। যাই হোক, এই মিশন থেকে ২০১৩ সালের তথ্য পর্যবেক্ষণ করে মহাজাগতিক স্ট্রিং এর কোন প্রত্যক্ষপ্রমাণ পাইয়া যায়নি।

মহাজাগতিক স্ট্রিং এর সমর্থন করে আরেকটি প্রত্যক্ষপ্রমাণ হল Q0957+561A, B নামে দৈত কোয়াসার এর পর্যবেক্ষণের ঘটনা। এটি ১৯৭৯ সালে ডেনিস ওয়ালস, বব কার্সোয়াল ও রে ওয়েইম্যান কর্তৃক আবিষ্কৃত হয়েছিল। তারা দেখলেন এই কোয়াসার ও পৃথিবীর মধ্যবর্তী একটা ছায়াপথের উপর এর দৈত ছবি তৈরী হয়েছে। এই মধ্যবর্তী ছায়াপথের মহাকর্ষীয় লেন্স প্রভাবের ফলে কোয়াসারের আলো এমনভাবে বেকে যায় যে সেটি দুটি আলাদা পথে পৃথিবীতে আসে, একটি আরেকটির ৪১৭.১ দিন পর। যাই হোক, হার্ভার্ড স্মিথসনিয়ান সেন্টার ফর এস্ট্রফিজিক্স এর রুডলফ স্কিল্ড এর নেতৃত্বে একদল জোতির্বিদ দেখলেন ১৯৯৪ এর সেপ্টেম্বর ও ১৯৯৫ এর জুলাই এ পাওয়া দুটি চিত্রে কোন সময় পার্থক্য নেই, দুটি চিত্রেরই উজ্জলতা চারটি আলাদা মৌসুমে পাল্টে গেছে। শকিলড ও তার দল বিশ্বাস করল এই ঘটনার একমাত্র কারণ হবার হতে পারে যে ঐ পৃথিবী ও কোয়াসারের মধ্যে একটি মহাজাগতিক স্ট্রিং খুবই দ্রুতবেগে পার করে যায়, যার দোলনকাল ছিল ১০০ দিন।

এখন মহাজাগতিক স্ট্রিং এ সবচেয়ে সংবেদনশীল বাধা আসে যখন পালসার টাইমিং এরের তথ্যানুযায়ী মহাকর্ষীয় তরঙ্গ ধরা পরেনা। পৃথিবীর লেজার ইন্তারফেরোমিটার গ্রাভিটেশনাল ওয়েভ অব্জার্ভেটরি (লিগো) ও মহাকাশভিক্তিক মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্তকারী লেজার ইন্টারফেরোমিটার স্পেস এন্টেনা (লিসা) মহাকর্ষীয় তরঙ্গ খুজবে এবং এরা মহাজাগতিক স্ট্রিং ধরার মত যথেষ্ট সংবেদনশীল হবে।

 স্ট্রিং তত্ত্ব ও মহাজাগতিক স্ট্রিং 
স্ট্রিং তত্ত্বের শুরুর দিকে স্ট্রিং তত্ত্ববিদ ও মহাজাগতিক স্ট্রিং তত্ত্ববিদরা বিশ্বাস করত যে মহাজাগতিক স্ট্রিং ও সুপারস্ট্রিং এর মধ্যে কোন যোগসূত্র ছিলনা। আদি মহাবিশ্বে মহাজাগতিক স্ট্রিং তৈরী হবার সম্ভাবনা নিয়ে সর্বপ্রথম বলেন কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্ববিদ টম কিবল, ১৯৭৬ সালে, এবং এর ফলেই এই বিষয়টির দিকে সবার কৌতূহল জাগে। ১৯৮৫ সালে প্রথম সুপারস্ট্রিং বিদ্রোহ এর সময় এডুয়ার্ড উইডেন আদি মহাবিশ্বে মহাজাগতিক স্ট্রিং তৈরীর ব্যাপারে জোড় দেন, এবং মাইক্রোস্কপিক স্কেল পর্যন্ত টানেন, যেখানে তখন তাদেরকে মহাজাগতিক সুপারস্ট্রিং বলা হত। তিনি বলেন যে তারা হয় মাইক্রোস্কপিক স্কেলে যাবার আগে ছোট স্ট্রিং এ বিভক্ত ছিল (টাইপ-১ সুপারস্ট্রিং তত্ত্ব), তারা ডোমেইন ওয়াল এর সীমায় আবির্ভূত হবে যার প্রসারনের ফলে মহাজাগতিক স্কেলে পতিত হবে, অথবা প্লাঙ্ক এনার্জি এর কাছের কোন এনার্জি স্কেল অনুযায়ী মহাজাগতিক স্ফীতিশিলতার পূর্বে তৈরী হবে আবং মহাবিশ্বের প্রসারনের সাথে হালকা হতে থাকবে এবং আর দেখা যাবেনা।

আদি যুগ থেকে অনেক কিছুই পাল্টে গেছে, বিশেষত দ্বিতীয় সুপারস্ট্রিং বিদ্রোহ এর কারণে। এটা এখন অজানা নয় যে স্ট্রিং তত্ত্ব ও গাঠনিক স্ট্রিং মিলে তত্ত্বটিকে সুগঠিত করে এবং একটি অদৃঢ় মাত্রায় স্থানিকভাবে প্রসারিত হতে হতে দৃঢ় অভ্যন্তরীন স্থানকালের মাত্রায় আংশিকভাবে জড়িত অন্যান্য একক মাত্রার বস্তু যেমন, D স্ট্রিং, এবং উচ্চতর মাত্রার বস্তু যেমন  D ব্রেনস, NS ব্রেনস এবং M ব্রেনস ধারণ করে রাখে। উচ্চ দৃঢ় মাত্রার সম্ভাবনা এব্বং বৃহৎ বিকৃতি ফ্যাক্টর স্ট্রিংকে প্লাঙ্ক স্কেলের চাইতেও কম প্রসারিত হতে দেয়। আবার শেষের দিকে অনেক দৈত অবস্থাও পাওয়া গেছে যে আসলে এসব একই বস্তুর বিভিন্ন ধরনের স্ট্রিং যা স্থানের স্থিতিমাপের বিভিন্ন এলাকায় থাকে। এসব নতুন উন্নতিগুলোর ফলে মহাজাগতিক স্ট্রিং আবার আলোচনায় আসে।

২০০২ সালে হেনরি টায় এওং উনার কিছু সহকর্মী বলেন যে ব্রেন স্ফীতিশীলতার শেষের ধাপে এসে স্ট্রিং তত্ত্ব গঠিত হয়, আদি মহাবিশ্বে স্ট্রিং তত্ত্বের আবিষ্কার বাড়ন্ত মহাবিশ্ব এবং মহাজাগতিক স্ফীতিশীলতার ধারণা দেয়। জোশেফ পোলকিনস্কি নামের এক স্ট্রিং তত্ত্ববিদ বুঝতে পারেন হয়ত বাড়ন্ত মহাবিশ্ব একটি গাঠনিক স্ট্রিংকে আন্তঃছায়াপথীয় আকারে না যাওয়া পর্যন্ত প্রসারিত করছে। এরকম প্রসারিত স্ট্রিং অতীতের মহাজাগতিক স্ট্রিং এর বিভিন্ন ধর্ম প্রদর্শন করবে, যাতে আগের পরিমাপগুলো কার্যকর হবে। টম কিবল বলেন, “স্ট্রিং তত্ত্ববিদরা ব্যাহত বৃদ্ধি দেখে মহাজাগতিক স্ট্রিং আবিষ্কার করেছেন।” মহাজাগতিক স্ট্রিং এর আগের প্রস্তাবনাগুলো এখন সুপারস্ট্রিং তত্ত্বের পরীক্ষনে কাজে লাগে।

সুপারস্ট্রিং, D স্ট্রিং অথবা অন্যান্য স্ট্রিং এর মতো বস্তু যা আন্তঃছায়াপথীয় আকার পর্যন্ত প্রসারিত কর, তা মহাজাগতিক তরঙ্গ বিকিরন করে, যা লিগো অথবা লিসার পরীক্ষার মাধ্যমে পাওয়া যেতে পারে। এরা হয়ত কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ডে কিছু অনিয়ম তৈরী করবে, যা এত সুক্ষ যে এখনো পাওয়া যায়নি কিন্তু অদূর ভবিষ্যতে পাওয়া যাবে।

জেনে রাখা ভাল এসব প্রস্তাবনাগুলো উপযুক্ত মহাজাগতিক গঠনের উপর নির্ভর করে, এবং আজো এদের কোন মানানসই পরিক্ষনগত যাচাই হয়নি। মহাজাগতিক স্ট্রিং স্ট্রিং তত্ত্বে ন্তুন দ্বার উন্মোচন করে। যদি সত্যিই মহাজাগতিক স্ট্রিং দেখা যায় তাহলে তা মহাজাগতিক স্ট্রিং মডেলে বিশাল ব্যপ্তিতে সম্ভাবনা তৈরী করবে, এবং এ থেকে স্ট্রিং তত্ত্বের প্রথম পরীক্ষনগত প্রমাণ দিবে যা স্থানকালের লুকিয়ে থাকা গঠন চিনতে সাহায্য করবে।

 তথ্যসূত্র 

বহিঃসংযোগ 
 An artistic perspective of Cosmic Strings
 A simulation of cosmic string
 http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/cs_interact.html






 Dr. Kip Thorne, ITP & Caltech. Spacetime Warps and the Quantum: A Glimpse of the Future. Lecture slides and audio
 Cosmic strings and superstrings on arxiv.org

বিষয়শ্রেণী:মহাবিশ্ব
বিষয়শ্রেণী:ভৌত বিশ্বতত্ত্ব