সৌম্য নিয়োগী: ২০ মে, ২০১৯। বিজ্ঞানের ইতিহাসে অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ দিন। কারণ, গত ১৩০ বছর ধরে প্রচলিত ওজনের একক কিলোগ্রামের (কেজি) সংজ্ঞা বদল কার্যকর হয়েছে এই দিন থেকে। ২০১৮ সালের নভেম্বর মাসে ফ্রান্সের ভার্সাইতে ওজন ও পরিমাপ বিষয়ক এক সম্মেলনে বিজ্ঞানীরা কিলোগ্রামের সংজ্ঞা পরিবর্তনের সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন। ২০ মে বিশ্ব পরিমাপ বিজ্ঞান দিবসে (ওয়ার্ল্ড মেট্রোলজি ডে) এই নতুন সংজ্ঞা কার্যকর হল। ১৮৭৫ সালে এই দিনেই ১৭টি দেশের প্রতিনিধিরা ওজন ও পরিমাপ সংক্রান্ত একক চালুর লক্ষ্যে ‘মিটার কনভেনশেন’ স্বাক্ষর করেছিলেন। এ বছর সেই দিনে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির হান্টিংটন হলে কিলোগ্রাম, অ্যাম্পিয়ার (বিদ্যুৎ পরিমাপক একক), কেলভিন (তাপ পরিমাপক একক), মোল (পদার্থ পরিমাপক একক) ইত্যাদি এককের নতুন সংজ্ঞা দিয়েছেন নোবেলজয়ী পদার্থবিদ উলফগ্যাং কেটের্লে। সমস্ত এসআই এককগুলির (ইন্টারন্যাশনাল সিস্টেম অব ইউনিট) সংজ্ঞা আরও নিখুঁত করে তুলেছেন বিজ্ঞানীরা। আগামীদিনে পাঠ্যবইতে সেই সংজ্ঞাই আমাদের পড়তে হবে।
ভর ও ওজনের পার্থক্য
কিলোগ্রামের সংজ্ঞা বদল সম্পর্কে জানতে গেলে আমাদের প্রথমেই যে বিষয়টি মাথায় রাখা প্রয়োজন, তা হল ভর ও ওজনের পার্থক্য। দৈনন্দিন জীবনে কিন্তু আমরা ওজন বলতে ভরকেই বোঝাই। আসলে প্রত্যেক বস্তু পদার্থ দ্বারা গঠিত। ভর হল কোনও বস্তুতে থাকা সেই পদার্থের পরিমাণ। কোনও বস্তুর ভর বস্তুর অবস্থান, আকৃতি বা গতি পরিবর্তনের জন্য পরিবর্তিত হয় না। ভরের আন্তর্জাতিক একক হল কিলোগ্রাম (কেজি)। এর মানে, যখন আমরা বলি কোনও জিনিসের ওজন ৮০ কেজি, তা আসলে সেই জিনিসের ভর।
আর কোনও বস্তুকে পৃথিবী যে বল দ্বারা নিজের কেন্দ্রের দিকে আকর্ষণ করে, তাকে ওই বস্তুর ওজন বলে। পদার্থবিজ্ঞানের ভাষায় বললে, কোনও বস্তুর ভর m এবং পৃথিবীর কোনও স্থানে অভিকর্ষজ ত্বরণ g হলে, ওই স্থানে বস্তুটির ওজন W হবে, W = mg। ওজন একটি বল হওয়ায় বলের একক নিউটনই ওজনের একক। ভর ও ওজন সমানুপাতিক, মানে বস্তুর ভর বেশি হলে ওজনও বেশি হয়। এসআই-এর অনুসারে এক কেজি হল ১৩০ বছরের পুরনো প্লাটিনাম-ইরিডিয়ামের একটি নির্দিষ্ট সিলিন্ডারের ভর। এই সবটাই আমরা পাঠ্যবইতে পড়ে থাকি। কিন্তু বাস্তব জীবনে অনেকেই বিষয়টি মাথায় রাখি না।
এতদিন কিলোগ্রাম যেভাবে
নির্ণয় হতো
কাচের একটা জার, তার ভেতর আর একটু ছোট জার, তারও ভেতর আরও খানিকটা ছোট জার এবং তার ভেতর ধাতব একটা ‘পি’। ফ্রান্সের সেভারে ‘ইন্টারন্যাশনাল বুরো অফ ওয়েটস অ্যান্ড মেজার্স’ এর ভল্টে রাখা আছে এই ইন্টারন্যাশনাল প্রোটোটাইপ কিলোগ্রাম বা ‘আইপিকে’। যা আসল কেজি বা ভর মাপার একক। ফ্রান্সে একে ‘ল্য গ্রঁদ কে’ বলা হয়।
পৃথিবীর সব জায়গায় মাপজোকের এই সমতা আদতে ফরাসি বিপ্লবের অবদান। রক্তক্ষয়ী ওই অভ্যুত্থানের আশীর্বাদ মেট্রিক মাপ-জোক। প্লাটিনামের তৈরি একটা দণ্ড হল মিটার, আর একটা পিণ্ড হল কিলোগ্রাম। ১৭৯৯ সালে কিলোগ্রামের ‘পি’-টা ছিল কেবল প্লাটিনামের। ৯০ বছর পরে যখন তৈরি হল আইফেল টাওয়ার, তার পরে মাপ-জোক বিজ্ঞানীদের প্রথম সম্মেলনে এল নতুন কিলোগ্রাম। ফরাসি বিপ্লবের পর ১৮৮৯ সালে তা পাল্টে প্লাটিনাম-ইরিডিয়াম সঙ্কর ধাতু দিয়ে গড়া হয়। লন্ডনে তৈরির পরে প্লাটিনাম-ইরিডিয়ামের ওই সিলিন্ডার পাঠানো হয় প্যারিসে। দেশে দেশে যার অনুকরণে তৈরি হয়েছে অনুরূপ বাটখারা। ভারতেও দিল্লিতে ‘ন্যাশনাল ফিজিক্যাল ল্যাবরেটরি’-তে রাখা আছে ‘ল্য গ্রঁদ কে’-র প্রতিলিপি। যার নকল বাটখারা রয়েছে দেশের বাজারে।
গত বছর ১৬ নভেম্বর ফ্রান্সেরই ভার্সাইয়ের সম্মেলনে পরিমাপ-বিজ্ঞানীদের ভোটাভুটিতে সেই মর্যাদা হারিয়েছে প্লাটিনাম-ইরিডিয়ামের ধাতব টুকরোটা। ঐতিহাসিক এই ভোটে ৬০ সদস্য রাষ্ট্রের প্রতিনিধিরা অংশ নেন। তবে কিলোগ্রামের ধারণাতেই কেবল বদল এসেছে। পরিমাণে বা বাটখারায় কোনও বদল হয়নি। নতুন কিলোগ্রাম এখন ‘প্রাকৃতিক মাপকাঠি’তে মাপা হবে। কারণ, ভর তো পরিবর্তন হয় না।
কেন এই পরিবর্তন
‘ল্য গ্রঁদ কে’ পি-টা যেন কোনওভাবে ধুলোবালির সংস্পর্শে না আসে, সে জন্য সেটিকে ওরকম ত্রিস্তরীয় জারে পুরে রাখা হতো। এমন সাবধানে তাকে নাড়াচাড়া করতে হয় যে, রক্ষণাবেক্ষণ যাঁরা করেন, এর সামনে তাঁদের হাঁচি-কাশিও বারণ। কয়েক দশক অন্তর সেটিকে বাইরে এনে পরীক্ষা করে দেখা হতো। কিন্তু দীর্ঘদিনের ব্যবধানে দেখা গেছে কিছুটা ভর হারিয়েছে ধাতব সিলিন্ডারটা। ক্ষয়ে যাচ্ছে সেটি। পদার্থবিদরা বলছেন, প্লাটিনামের ওজন সবসময় এক থাকে না। নানা কারণে একটি ওজন পরিবর্তিত হয়। যদিও এই পরিবর্তন খুবই সূক্ষ্ম। তা হলে উপায়?
কৃত্রিম থেকে ফের প্রাকৃতিক মানদণ্ড
অন্যান্য মেট্রিক এককের মতো কিলোগ্রাম কিন্তু আগে প্রাকৃতিক মানদণ্ডেই মাপা হতো। হিমাঙ্কে (শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াস) এক লিটার বিশুদ্ধ জলের ভরকে বলা হতো এক কিলোগ্রাম। মিটারও ছিল প্রাকৃতিক একটা মানদণ্ড। এরপর কৃত্রিম মাপকাঠি ‘ল্য গ্রঁদ কে’-ই কিলোগ্রামের মাপকাঠি ধরা। এখন আবার তা বদলে প্রাকৃতিক মাপকাঠিতেই ফিরল বিশ্ব। বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে এই সমাধানের কথা ভেবেছেন। প্রকৃতি নিখুঁত, তাই তার সাহায্যে মাপজোক হবে ত্রুটিহীন। মাপ তো শুধু ওজনের নয়, দৈর্ঘ্যের, সময়ের, আরও নানা বিষয়ের। যেমন মিটার। আলো শূন্যস্থানের মধ্যে দিয়ে দৌড়য় এক সেকেন্ডে ২৯৯,৭৯২,৪৫৮ মিটার। তা হলে মিটারের মাপও হবে আলো এক সেকেন্ডের ২৯৯,৭৯২,৪৫৮ ভাগের এক ভাগে যতটা দৌড়য়, ততটা।
নতুন মাপকাঠি কী
পদার্থ বিজ্ঞানের সূত্রের সাথে সামঞ্জস্য রাখতে কিলোগ্রামের সংজ্ঞা বদল করা হচ্ছে। বিজ্ঞানীরা বলছেন, তড়িৎ–চুম্বক শক্তির মাধ্যমে কোনও বস্তুকে ওঠানো বা নামানো যায়। কাজেই ওজনের সঙ্গে বিদ্যুতের সরাসরি সম্পর্ক রয়েছে। প্রয়াত নোবেলজয়ী জার্মান পদার্থবিজ্ঞানী মাক্স প্ল্যাঙ্কের নামাঙ্কিত একটা ধ্রুবক এক্ষেত্রে মূল ভূমিকা রাখছে। প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক (এইচ) মূলত একটা আলোর শক্তি আর কম্পাঙ্কের সম্পর্ককে ব্যাখ্যা করে। এতে ওজন, দূরত্ব ও সময় পরস্পর সম্পর্কিত। এর মান অত্যন্ত ছোট। শূন্য দশমিকের পরে ৩৩টা শূন্য বসিয়ে ৬৬২৬০৭০১৫ বসালে যত হয়, তত কিলোগ্রাম বর্গমিটার/সেকেন্ড। এই যে ধ্রুবকটার ভেতর কিলোগ্রাম রয়েছে, ফলে এখান থেকে কিলোগ্রামের নিখুঁত মাপ পাওয়া যায়। ব্রিটিশ বিজ্ঞানী ব্রায়ান কিবল সুপার অ্যাকুরেট সেট অব স্কেল উদ্ভাবন করে গিয়েছেন। এর মাধ্যমে প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবকের মান অত্যন্ত নিখুঁত ভাবে পরিমাপ করা সম্ভব। এখানে ভুলের সম্ভাবনা দশ কোটি ভাগের এক ভাগ। তবে এর পিছনে আইনস্টাইনের শক্তি ও ভরের নিত্যতা সূত্রের (E=mc2) অবদান অনস্বীকার্য।
নোবেল জয়ী পদার্থবিদ কেটের্লে গণনা করে দেখিয়েছেন, নির্দিষ্ট কিছু সংখ্যক ফোটন কণার ভর এক কিলোগ্রামের সমান বলা যায়। অতএব এর মাধ্যমে সংজ্ঞা তৈরি হলে তা নিখুঁত হবে। কেটের্লের গণনায় দেখা গিয়েছে, সিজিয়াম পরমাণুর একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ১.৪৭৫৫২১৪ X ১০৪০ – এতগুলি ফোটনের ভর এক কিলোগ্রাম। সাধারণের দৈনন্দিন ওজন মাপামাপিতে পরিবর্তন না এলেও এর ফলে ওষুধ শিল্প, ন্যানো টেকনোলজি ও ধাতব সংমিশ্রণে যুগান্তকারী পরিবর্তন আসবে।
কিবল্ ব্যালেন্স কী
১৯৯০ সালে কিলোগ্রামের নতুন সংজ্ঞা নিয়ে বিতর্ক তুঙ্গে উঠেছিল। একদল বিজ্ঞানী বলেন, সিলিকন পরমাণুর ভর দিয়ে কিলোগ্রামের সংজ্ঞা দেওয়া সম্ভব। তাঁদের মতে, এক কেজি ভরের অতি বিশুদ্ধ সিলিকন-২৮-এর (সিলিকনের এই আইসোটোপটি প্রকৃতিতে সবচেয়ে বেশি পরিমাণে পাওয়া যায়, যার মধ্যে ১৪টি প্রোটন ও ১৪টি নিউট্রন আছে) সাহায্যে ভর পরিমাপ করা সম্ভব। কিন্তু ১৯৯৯ সালে কিবল্‌ ব্যালেন্স (kibble balance) ব্যবহার করে ভর মাপতে সক্ষম হলেন ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজির (এনআইএসটি) দুই বিজ্ঞানী পিটার মোর এবং ব্যারি টেলর।
কিবল্‌ ব্যালেন্স অত্যন্ত জটিল একটি তুলাযন্ত্র। যা তড়িৎ-চুম্বকীয় মাপন পদ্ধতিতে ভরকে অত্যন্ত নিখুঁতভাবে মাপতে পারে! ন্যাশনাল ফিজিক্স ল্যাবরেটরি তথা এনপিএল-এর বিজ্ঞানী ব্রিটিশ পদার্থবিদ ব্রায়ান কিবল্‌ ১৯৮৫ সালে এই অতি সংবেদনশীল যন্ত্রটি তৈরি করেন। তাঁর নামানুসারেই এর নাম কিবল্‌ ব্যালেন্স। ১৯৯৯ সালে এনপিএল এবং এনআইএসটি-র বিজ্ঞানীরা কিবল্‌ তুলাযন্ত্র ব্যবহার করে প্লাঙ্কের ধ্রুবকের মান নিখুঁত ভাবে মাপতে উঠে পড়ে লাগলেন এবং সেই কাজে সক্ষম হলেন।
কে কী বলছেন
আন্তর্জাতিক ভর ও পরিমাপ সংস্থার প্রাক্তন প্রধান টেরি কুইন বলেছেন, সম্ভবত পাঁচ হাজার বছর আগের মেসোপটেমিয়া সভ্যতা থেকে এক পাল্লায় একটা বাটখারা আর অপর পাল্লায় পণ্য রেখে মাপজোক করে আসছে। এ বছর থেকে এটা বদলে যাচ্ছে। আমি মনে করি, এটা অসাধাণ একটা ঘটনা। কিলোগ্রামের নতুন সংজ্ঞা প্রসঙ্গে নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী উইলিয়াম ফিলিপস বলেছেন, ফরাসি বিপ্লবের পরে পরিমাপের জগতে এত বড় বিপ্লব আর হয়নি। ভাটনগর পুরস্কার জয়ী পদার্থবিদ অমিতাভ রায়চৌধুরী বলেন, ভরের একক হিসেবে আন্তর্জাতিক স্তরেই কিলোগ্রামকে গণ্য করা হয়। কিন্তু এক কিলোগ্রাম এখন যে ভাবে পরিমাপ করা হয়, তাতে পরিবর্তন আনা হয়েছে। অতি সূক্ষ্ম গবেষণার ক্ষেত্রে তার কিছু প্রভাব থাকবে। দৈনন্দিন জীবনে প্রভাব পড়বে না। তবে এই নিয়ে সবচেয়ে বুদ্ধিদীপ্ত মন্তব্যটি সম্ভবত করেছেন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলোজির বিজ্ঞানী স্টিফেন স্খলামিঙ্গার। তিনি বলেছেন, ‘ধরুন যদি কোনওদিন কোনও বুদ্ধিমান ভিনগ্রহের প্রাণীর সঙ্গে আমাদের যোগাযোগ হয়, আর যদি ওরা আমাদের জিজ্ঞেস করে যে আমরা জিনিসপত্র কীভাবে মাপি? উত্তরে আমরা যদি বলি, আমাদের হাতে তৈরি জিনিসের তুলনায় মাপামাপি করি, তা হলে ওরা আমাদের বোকা বলে ধরে নেবে। এত দিনে আমরা চালাক হলাম।’
কিলোগ্রামের সংজ্ঞা বদল হওয়ার বড় প্রভাব পড়বে পড়ুয়াদের উপর, এমনটাই মনে করছেন ইন্ডিয়ান স্ট্যাটিস্টিক্যাল ইনস্টিটিউটের অধ্যাপক শুভময় মৈত্র। তিনি বলেন, সিবিএসই-আইসিএসই বোর্ড হয়তো এই শিক্ষাবর্ষে, না হলে পরবর্তী শিক্ষাবর্ষ থেকে কিলোগ্রামের সংজ্ঞায় বদল এনে ফেলবে। কিন্তু, তার বাইরে দেশের বাকি বোর্ডগুলিকেও দ্রুত এই নতুন সংজ্ঞাকে পাঠক্রমে ঢোকাতে হবে। না হলে, পিছিয়ে পড়বে পড়ুয়ারা। বিষয়টি নিয়ে ভাবনা চিন্তা করছে রাজ্য শিক্ষা দপ্তরও।
কলকাতার প্রথম সারির দাঁড়িপাল্লা, বাটখারার দোকান উমাচরণ কর্মকার অ্যান্ড সন্স। সংস্থার মালিক সজল কর্মকার বলেন, এ নিয়ে ‘ওয়েটস অ্যান্ড মেজার্স’-এর থেকে আমরা কোনও নির্দেশিকা পাইনি। তা পেলে তবেই বুঝতে পারব, আমাদের কী করণীয়। আপাতত যেমন চলছিল, তেমনই চলবে।
বদলাতে চলেছে সময়ের এককও
সময়ের একক সেকেন্ডের সংজ্ঞা বদলেরও সময় এসে গিয়েছে। বর্তমানে সেকেন্ড মাপা হয় সিজিয়াম পরমাণু দিয়ে তৈরি ঘড়িতে। সিজিয়ামের পরমাণু নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের আলো শুষে নিয়ে নির্দিষ্ট সময় অন্তর তা তড়িৎ-চুম্বকীয় তরঙ্গ আকারে ছেড়ে দেয়। ঠিক যেমন আদর্শ অবস্থায় একটি পেন্ডুলাম নির্দিষ্ট সময় অন্তর বিশেষ একটি স্থানে পৌঁছায়। সিজিয়ামের ঘড়িতে আলোর ৯১৯,২৬,৩১,৭৭০ বার স্পন্দন বা দোলনকালকে এক সেকেন্ড ধরা হয়। কিন্তু পরবর্তী কালে তৈরি হওয়া ‘অপটিক্যাল অ্যাটমিক ক্লক’ অনেক বেশি নিখুঁত সময় দিচ্ছে।
কলোরাডোর বোল্ডারের ‘ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অব স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি’-র পদার্থবিদ অ্যান্ড্রু লাডলো জানিয়েছেন, এই ঘড়িতে কম্পাঙ্ক অনেক বেশি। ফলে ঘড়ির প্রতিটি ‘টিক’ অনেক কাছাকাছি। ফলে এই ঘড়িতে সিজিয়াম ঘড়ির চেয়ে ১০০ গুণ বেশি নিখুঁত ভাবে এক সেকেন্ডকে মাপা যাচ্ছে। তবে এই বদলের আন্তর্জাতিক স্বীকৃতি মিলতে মিলতে ২০২০ সালের শেষ হয়ে যেতে পারে। সেই ইতিহাসেরও সাক্ষী থাকব আমরা।