আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান হলো পদার্থবিজ্ঞানের সেই শাখা যা বিংশ শতাব্দীর শুরু থেকে বিকশিত হয়েছে এবং মূলত অতি ক্ষুদ্র (পারমাণবিক ও উপ-পারমাণবিক) বা অতি দ্রুত (আলোর গতির কাছাকাছি) গতির বিষয়গুলো নিয়ে কাজ করে। ১৯০০ সালে ম্যাক্স প্লাঙ্কের কোয়ান্টাম তত্ত্ব আবিষ্কারের মাধ্যমে এই যুগের সূচনা হয় ।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের প্রধান শাখা ও ধারণা
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান মূলত দুটি স্তম্ভের ওপর দাঁড়িয়ে আছে:
আপেক্ষিকতা তত্ত্ব (Theory of Relativity): বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন প্রবর্তিত এই তত্ত্ব স্থান, সময় এবং ভরের পারস্পরিক সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে। এটি মূলত মহাজাগতিক স্কেলে কাজ করে ।
কোয়ান্টাম বলবিদ্যা (Quantum Mechanics): এটি পরমাণু এবং এর ভেতরের অতি ক্ষুদ্র কণিকাগুলোর (যেমন- ইলেকট্রন, প্রোটন) আচরণ ব্যাখ্যা করে। এই তত্ত্বে সম্ভাব্যতা নীতির গুরুত্ব বেশি।
উল্লেখযোগ্য অন্যান্য ক্ষেত্র
পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান (Atomic Physics): পরমাণুর গঠন ও ইলেকট্রনের বিন্যাস নিয়ে আলোচনা করে।
নিউক্লীয় পদার্থবিজ্ঞান (Nuclear Physics): পরমাণুর কেন্দ্র বা নিউক্লিয়াস এবং তেজস্ক্রিয়তা নিয়ে কাজ করে ।
কণা পদার্থবিজ্ঞান (Particle Physics): মহাবিশ্বের মৌলিক কণিকাগুলো (যেমন- হিগস বোসন) নিয়ে গবেষণা করে।
কঠিন অবস্থার পদার্থবিজ্ঞান (Solid State Physics): কঠিন পদার্থের অভ্যন্তরীণ গঠন ও বৈশিষ্ট্য নিয়ে আলোচনা করে, যা আধুনিক ইলেকট্রনিক্সের ভিত্তি ।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের প্রভাব
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের ওপর ভিত্তি করেই বর্তমানের লেজার, কম্পিউটার, স্মার্টফোন, এমআরআই (MRI) মেশিন এবং পারমাণবিক শক্তি উৎপাদিত হচ্ছে । আলবার্ট আইনস্টাইনকে প্রায়ই "আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের জনক" বলা হয় ।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
স্টিফেন হকিং
মাও সেতুং
বারাক ওবামা
অমর্ত্য সেন
১০ কি.মি.
১২ কি.মি.
১৪ কি.মি.
১৬ কি.মি.
রঞ্জন রশ্মি বা অজানা রশ্মি (X-ray)
ক্যাথোড রশ্মি হচ্ছে এক রাশি ইলেকট্রন। বিজ্ঞানী উলহহেলম রন্টজেন আবিষ্কার করেন যে, তড়িৎক্ষরণ নল থেকে যখন ক্যাথোড রশ্মি নলের দেয়ালে পড়ে তখন এক্সরে উৎপন্ন হয়। এক্সরে হলো ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিশিষ্ট তাড়িত চৌম্বক বিকিরণ। এক্সরে উচ্চ ভেদন ক্ষমতা সম্পন্ন। এক্সরে হীরকের ভিতর দিয়ে যেতে পারে কিন্তু গ্রাফাইটের ভিতর দিয়ে যেতে পারে না। স্থানচ্যুত হাড়, হাড়ে দাগ বা ফাটল, ভেঙ্গে যাওয়া হাড়, শরীরের ভিতরের কোনো বস্তুর বা ফুসফুসে কোনো ক্ষতের অবস্থান নির্ণয়ে, গোয়েন্দা বিভাগে যেমন; কাঠের বাক্স বা চামড়ার থলিতে বিস্ফোরক লুকিয়ে রাখলে তা খুঁজে বের করতে এক্স রশ্মি ব্যবহৃত হয়।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
The flow of positive charge
Electromagnetic wave
The flow of natural particles
The flow of electron
তেজস্ক্রিয়তা (Radioactivity)
ভারী মৌলিক পদার্থের নিউক্লিয়াস থেকে স্বতঃস্ফুর্তভাবে আলফা, বিটা ও গামা রশ্মি নির্গমনের প্রক্রিয়াকে তেজস্ক্রিয়তা বলে। যে সকল মৌল হতে তেজষ্ক্রিয় রশ্মি নির্গত হয়, তাকে তেজস্ক্রিয় মৌল বলে। যে সকল মৌলের পারমাণবিক সংখ্যা ৮২ এর বেশি, সাধারণত সে সকল মৌল তেজস্ক্রিয় হয়। যেমন: ইউরেনিয়াম, প্লুটোনিয়াম, নেপচুনিয়াম, রেডিয়াম, রেডন, থোরিয়াম ইত্যাদি তেজস্ক্রিয় পদার্থ। আন্তর্জাতিক (SI) পদ্ধতিতে তেজস্ক্রিয়তার একক পরিমাপের একক বেকেরেল (Bq)। হেরি বেকরেল ১৯০৩ সালে তেজষ্ক্রিয়তা আবিষ্কারের জন্য পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন।
তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ (Radioactive Isotopes)
অস্থিত আইসোটোপগুলো স্বতঃস্ফুর্তভাবে বিভিন্ন ধরনের রশ্মি বিকিরণ করে নিজের নিউক্লিয়াসে পরিবর্তন এনে অন্য মৌলের স্থিত আইসোটোপে পরিণত হয়, এই ধরনের আইসোটোপ গুলোকে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ বলে। যেমন; Carbon-14, ইউরেনিয়াম-২৩৬, আয়োডিন-১৩০ ইত্যাদি রেডিও আইসোটোপ। Carbon-14 এর অর্ধায়ু ৫৭৩০ বছর। গলগণ্ড রোগ নির্ণয়ে রেডিও আইসোটোপ ব্যবহৃত হয়। রেডিও আইসোটোপ থেকে নির্গত গামা রশ্মি টিউমার, ক্যান্সার প্রভৃতি রোগের চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়।
আলফা, বিটা ও গামা রশ্মি (Alfa, Beta and Gamma rays)
আলফা (): এটি একটি হিলিয়াম নিউক্লিয়াস বা দ্বি-আয়নিত হিলিয়াম পরমাণু। আলফা রশ্মি ধনাত্মক আধানযুক্ত। এই রশ্মি চৌম্বক ও তড়িৎ ক্ষেত্র দ্বারা বিচ্যুত হয়।
বিটা (): এই রশ্মি অতি উচ্চ দ্রুতি সম্পন্ন ইলেকট্রনের প্রবাহ। বিটা রশ্মির ঋণাত্মক আধানযুক্ত। এই রশ্মি চৌম্বক ও তড়িৎ ক্ষেত্র দ্বারা বিক্ষিপ্ত হয়।
গামা (): গামা রশ্মি অত্যন্ত ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তাড়িত চৌম্বক বিকিরণ। এর কোনো চার্জ বা ভর নেই এবং ইহা চৌম্বক ক্ষে দ্বারা বিক্ষিপ্ত হয় না। এটি জীবজগতের জন্যে অত্যন্ত ক্ষতিকারক। তবে টিউমার, ক্যান্সার প্রভৃতি রোগের চিকিৎসায় এ রশ্মি ব্যবহার করা হয়। ক্যান্সার চিকিৎসায় ব্যবহৃত গামা বিকিরণের উৎস হলো -আইসোটোপ।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
এক্সয়ে
লেন্সের ক্ষমতা
তেজস্ক্রিয়তা
দীপন ক্ষমতা
প্রাকৃতিক সম্পদ (Natural resource)
প্রকৃতি থেকে আমরা যা কিছু পাই, তাই প্রাকৃতিক সম্পদ। প্রাকৃতিক সম্পদকে নবায়নযোগ্য (Renewable) ও নবায়ন অযোগ্য (Non Renewable) এই দুটি শ্রেণিতে ভাগ করা যায়।
নবায়নযোগ্য জ্বালানি (Renewable energy):
যে শক্তি বারবার ব্যবহার করা যায়, ব্যবহার ফলে যা নিঃশেষ হয়ে যায়না তাকে নবায়নযোগ্য জ্বালানি বলে। যেমন- সৌরশক্তি (Solar energy), বায়ুশক্তি (Wind energy), সমুদ্রস্রোত (Sea current), পরমাণুশক্তি (Atomic energy) প্রভৃতি। সূর্য সকল শক্তির উৎস। সূর্যে হাল্কা পরমাণুর ফিউশনের মাধ্যমে শক্তি উৎপন্ন হয়। সৌরকোষের (Solar cell) বিদ্যুৎ রাতেও ব্যবহার করা সম্ভব যদি এর সঙ্গে থাকে স্টোরেজ ব্যাটারি। সৌর কোষে ব্যবহৃত হয় ক্যাডমিয়াম (Cadmium)। বিশ্বের সর্ববৃহৎ সৌরশক্তি কেন্দ্র (Solar power plant) যুক্তরাষ্ট্রে অবস্থিত।
সৌরশক্তি চালিত বিশ্বের প্রথম রেলওয়ে সুড়ঙ্গ (Tunnel) বেলজিয়াম অবস্থিত।
পানি শক্তির অন্যতম উৎস। পানির প্রবাহকে ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়, এই বিদ্যুৎকে জলবিদ্যুৎ বা পানি বিদ্যুৎ (Hydroelectricity) বলা হয়।
নবায়ন অযোগ্য জ্বালানি (Unrenewable energy)
যে শক্তি বারবার ব্যবহার করা যায় না, এবং ব্যবহারে এক সময় শেষ হয়ে যায় তাকে নবায়ন অযোগ্য সম্পদ বলে। যেমন: গ্যাস, তেল, কয়লা ইত্যাদি।
জীবাশ্ম জ্বালানি (Fossil fuel)
জীবদেহ (প্রাণী ও উদ্ভিদ উভয়ই) মাটির নীচে চাপা পড়ে লক্ষ লক্ষ বছর পর তা রূপান্তরিত হয় কয়লা, তেল বা প্রাকৃতিক গ্যাসে। এজন্য কয়লা (Coal), খনিজ তেল (Petrolium) ও প্রাকৃতিক গ্যাসকে (Natural gas) জীবাশ্ম জ্বালানি বলা হয়। জীবাশ্ম জ্বালানি দহনের ফলে বায়ুমণ্ডলে গ্রিন হাউজ গ্যাস কার্বন ডাই-অক্সাইডের পরিমাণ সবচেয়ে বেশি বৃদ্ধি পাচ্ছে।
নবায়ন অযোগ্য জ্বালানি যেমন: ডিজেল পোড়ালে বাতাসে SO2 এর আধিক্য দেখা যায়। -কাঠ ও কয়লার প্রধান উপাদান কার্বন (Carbon)।
তাপ উৎপাদন ক্ষমতা ও কার্বনের পরিমাণের উপর ভিত্তি করে কয়লা তিন প্রকার। যথা:
১) অ্যানথ্রাসাইট ২) বিটুমিনাস ৩) পিট কয়লা।
নিম্নে কিছু কয়লার নাম ও বৈশিষ্ট্য উল্লেখ করা হল:-
কয়লার নাম | বৈশিষ্ট্য |
| অ্যানথ্রাসাইট | কার্বনের পরিমাণ সবচেয়ে বেশি |
| বিটুমিনাস | লিগানাইট কয়লার পরিবর্তিত রূপ |
| পিট কয়লা | ভিজা ও নরম। |
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
আপেক্ষিকতাবাদ (Theory of Relativity)
১৯০৫ সালে জার্মান বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন দেখান যে, পদার্থ এবং শক্তি প্রকৃতপক্ষে অভিন্ন। পদার্থকে শক্তিতে রূপান্তরিত করা যায়। m ভর বিশিষ্ট কোনো পদার্থকে সম্পূর্ণরূপে শক্তিতে রূপান্তরিত করলে প্রাপ্ত শক্তির পরিমাণ হবে E = mc2, এখানে হলো আলোর বেগ। একে আইনস্টাইনের পদার্থ ও শক্তির অভিন্নতা বিষয়ক সূত্র বলা হয়।'থি ওরি অব রিলেটিভিটি'র প্রণেতা আলবার্ট আইনস্টাইন। প্রখ্যাত বৈজ্ঞানিক আইনস্টাইনের নামের সাথে বাংলাদেশি বৈজ্ঞানিক ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক সত্যেন্দ্রনাথ বোস (Prof. M.N Bosh) এর নাম জড়িত।
বোস - আইনস্টাইন পরিসংখ্যান
সত্যন্দ্রনাথ বসু ছিলেন এক ভারতীয় বাঙালি পদার্থ বিজ্ঞানী। তিনি আলবার্ট আইনস্টাইনের সাথে যৌথভাবে বোস-আইনস্টাইন পরিসংখ্যান প্রদান করেন, যা পদার্থবিজ্ঞানের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কার হিসেবে বিবেচিত হয়। সত্যেন্দ্রনাথ বসু বৃহত্তর বাংলার তিন শিক্ষায়তন ঢাকা, কলকাতা এবং বিশ্বভারতী বিশ্ববিদ্যালয়ের সাথে সম্পৃক্ত ছিলেন।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
হিগস-বোসন (Higgs Boson)
মহাবিশ্বে দুই ধরণের মৌলিক কণিকা আছে। যথা- বোসন ও ফার্মিয়ন। মহাবিশ্বে চার ধরনের বল রয়েছে। যথা- মহাকর্ষ, তাড়িৎচৌম্বকীয়, দুর্বল নিউক্লিয়ার বল এবং শক্তিশালী নিউক্লিয়ার বল। এ বল বা মিথষ্ক্রিয়াগুলো কার্যকর হয় বলবাহক কণাগুলোর আদান-প্রদানের মধ্য দিয়ে। বলবাহক এ কণাগুলো হচ্ছে গ্রাভিট্রন, ফোটন, ডব্লিউজেড ও গ্লুয়ন। কণাগুলোর সাধারণ নাম বোসন কণা। বোসনের একটি সাধারণ ধর্ম হচ্ছে স্পিন বা ঘূর্ণনবেগ পূর্ণ সংখ্যার। এই বোসন কণাগুলো বোস-আইনাস্টাইন পরিসংখ্যান মেনে চলে। ভারতীয় বাঙালি পদার্থবিজ্ঞানী সত্যেন্দ্রনাথ বসু (Prof. M.N Bosh) আলবার্ট আইনস্টাইনের সাথে যৌথভাবে বোস-আইনস্টাইন পরিসংখ্যান প্রদান করেন। অধ্যাপক সত্যেন্দ্রনাথ বসু বৃহত্তর বাংলার তিন শিক্ষায়তন ঢাকা, কলকাতা এবং বিশ্বভারতী বিশ্ববিদ্যৗালয়ের সাথে সম্পৃত্ত ছিলেন। ব্রিটিশ পদার্থবিজ্ঞানী পিটার হিগস ১৯৬৪ সালে শক্তি হিসেবে এমন একটি কণার ধারণা দেন, যা বস্তুর ভর সৃষ্টি করে এবং এর ফলে মহাবিশ্ব সৃষ্টি সম্ভব হয়েছে। এই কণাটি হল হিগের কণা। হিগস কণাকে বিজ্ঞানে হিগস বোসন বলেই উল্লেখ করা হয়। কারণ হিগস কণা একটি বোসন কণা। এ কণিকাকে অনেকে মজা করে ঈশ্বরের কণিকাও বলে খ থাকেন। হিগস বোসন কোয়ান্টাম তত্ত্বের একটি বিষয়। মহাবিশ্বে আরেক ধরণের কণা হচ্ছে ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন। এগুলোকে বলা হয় ফার্মিয়ন। ফার্মিয়নের স্পিন ভগ্নাংশ সংখ্যার। এ কণাগুলো ফার্মি-ডিরাক-ডিরাক পরিসংখ্যান মেনে চলে।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
নিউক্লিয় শক্তি (Nuclear Energy)
নিউক্লিয়াস ভেঙ্গে বা বিভাজন করে অথবা দুটি হাল্কা নিউক্লিয়াসকে একত্রিত করে যে শক্তি পাওয়া যায়, এই শক্তিকে বলা হয় নিউক্লিয় শক্তি (Nuclear energy)। একে পারমাণবিক শক্তি (Atomic energy) নামেও অভিহিত করা হয়। পরমাণু হতে দুটি পদ্ধতিতে নিউক্লিয় শক্তি উৎপন্ন করা যায়-
ক) নিউক্লিয় ফিউশান (Nuclear Fusion)
খ) নিউক্লিয় ফিশান (Nuclear Fission)
যে নিউক্লিয় বিক্রিয়ায় দুটি ক্ষুদ্র নিউক্লিয়াস একত্রিত হয়ে অপেক্ষাকৃত বড় নিউক্লিয়াসযুক্ত ভিন্ন মৌল তৈরি করে তাকে নিউক্লিয় ফিউশান বা নিউক্লিয় সংযোজন বিক্রিয়া বলে। সূর্য ও অন্যান্য নক্ষত্রে শক্তির উৎস হচ্ছে নিউক্লিয় ফিউশান বিক্রিয়া। নিউক্লিয় ফিউশান নীতির উপর ভিত্তি করে হাইড্রোজেনের আইসোটোপ- ডিউটেরিয়াম, ট্রাইটিয়াম ব্যবহার করে হাইড্রোজেন বোমা তৈরী করা হয়।
পারমাণবিক চুল্লি (Nuclear Reactor)
যে যান্ত্রিক ব্যবস্থার সাহায্যে নিউক্লিয়াসের নিয়ন্ত্রিত বিভাজন দ্বারা বিপুল পরিমাণ পারমাণবিক শক্তি অর্জন করা যায় তাকে পারমাণবিক চুল্লি বলে। পারমাণবিক চুল্লিতে ইউরেনিয়াম ব্যবহার করা হয়, ইউরেনিয়াম পরমাণু স্বতঃস্ফূর্তভাবে ভেঙ্গে নিম্নতর ভর বিশিষ্ট পরমাণু সৃষ্টি হয়ে প্রচুর শক্তি উৎপন্ন হয় এবং উচ্চ গতি সম্পন্ন নিউট্রন নির্গত হয়। এই অতিরিক্ত নিউট্রনকে শোষণ করার জন্য চুল্লীতে ক্যাডমিয়াম ও বোরন দণ্ড ব্যবহার করা হয়, যা অতিরিক্ত নিউট্রনকে শোষণ করে নেয়। পারমাণবিক চুল্লিতে তাপ পরিবাহক হিসাবে সোডিয়াম ব্যবহৃত হয়।
জেনে রাখা ভালো
১. PCR-এর পরিপূর্ণ অর্থ পলিমার চেইন রিঅ্যাকশন।
২. ফিশন আবিষ্কার করেন জার্মান বিজ্ঞানী অটোহ্যান; ১৯৩৯ সালে।
৩. মানবকল্যাণে পারমাণবিক শক্তির ব্যবহার প্রথম শুরু হয়- ১৯৫৪ সালে। ঐ সময় তৎকালীন সোভিয়েত ইউনিয়নে প্রথম নিউক্লিয় তড়িৎ কেন্দ্রে তড়িৎ উৎপাদন শুরু করে।
# বহুনির্বাচনী প্রশ্ন
Read more
