মহাবিশ্বের অসীম অতীত কী সম্ভব? এন্ট্রপি ও তাপগতিবিদ্যার আলোকে একটি পর্যালোচনা

মহাবিশ্বের অসীম অতীত কি সম্ভব? এন্ট্রপি ও তাপগতিবিদ্যার আলোকে একটি পর্যালোচনা

রাতের আকাশের দিকে তাকালে একটি স্বাভাবিক প্রশ্ন মনে জাগে। এই মহাবিশ্বের শুরু কি কখনো হয়েছিল, নাকি এটি অনন্তকাল ধরে বিদ্যমান?

দর্শন, ধর্মতত্ত্ব এবং আধুনিক বিজ্ঞান বহুদিন ধরে এই প্রশ্নের উত্তর খোঁজার চেষ্টা করছে। বিংশ ও একবিংশ শতাব্দীতে মহাবিশ্বের উৎপত্তি নিয়ে বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক তত্ত্ব প্রস্তাব করা হলেও, মহাবিশ্বের সসীম অতীতের পক্ষে সবচেয়ে আকর্ষণীয় যুক্তিগুলোর একটি এসেছে তাপগতিবিদ্যা (Thermodynamics) থেকে। এই যুক্তি পরিচিত থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট বা এন্ট্রপি আর্গুমেন্ট নামে।

এন্ট্রপি কী?

এন্ট্রপি: প্রকৃতির একমুখী প্রবণতা। ধরুন আপনি এক কাপ গরম চা টেবিলে রেখে দিলেন। কিছুক্ষণ পর চা ঠান্ডা হয়ে যাবে। কিন্তু কখনো কি দেখা যায় যে একটি ঠান্ডা কাপ চা নিজে নিজে গরম হয়ে গেল?

না।

এর কারণ হলো প্রকৃতিতে শক্তি সাধারণত উচ্চ ঘনত্ব থেকে নিম্ন ঘনত্বের দিকে ছড়িয়ে পড়ে। এই প্রবণতাকে বর্ণনা করে তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র (Second Law of Thermodynamics)। (( Clausius, R. The Mechanical Theory of Heat. Macmillan, 1879. )) 

এই সূত্র অনুযায়ী, একটি বিচ্ছিন্ন (isolated) সিস্টেমে এন্ট্রপি (entropy) সময়ের সাথে বৃদ্ধি পায়। সহজ ভাষায়, এন্ট্রপি হলো কোনো সিস্টেমে শক্তির ছড়িয়ে পড়ার পরিমাণ। সময়ের সাথে সাথে শক্তি এমনভাবে বণ্টিত হয় যে তা থেকে কার্যকর কাজ আদায় করা ক্রমশ কঠিন হয়ে ওঠে।

যুক্তির মূল কাঠামো

মহাবিশ্বের সসীম অতীতের পক্ষে থার্মোডাইনামিক যুক্তিটি সংক্ষেপে এমন।

• Premise 1: একটি isolated system-এ entropy সময়ের সাথে বৃদ্ধি পায়।
• Premise 2: যদি মহাবিশ্বের অতীত অসীম হতো, তাহলে entropy বৃদ্ধির জন্য অসীম সময় পাওয়া যেত।
• Premise 3: entropy বৃদ্ধির জন্য অসীম সময় পেলে, প্রতিটি মুহূর্তে মহাবিশ্বের সেই মুহূর্তের তাৎক্ষণিক সর্বোচ্চ সম্ভাব্য entropy-র (instantaneous ceiling) কাছাকাছি অবস্থায় থাকার কথা ছিল। এই ceiling স্থির হোক বা সময়ের সাথে পরিবর্তনশীল হোক, তাতে মূল সিদ্ধান্ত পরিবর্তিত হয় না। [2][3][8][9]।
• Premise 4: মহাবিশ্ব বর্তমানে তার তাৎক্ষণিক ceiling-এর তুলনায় বহু দূরে, একটি অত্যন্ত নিম্ন-entropy, সুসংগঠিত অবস্থায় রয়েছে।
• Conclusion: অতএব, মহাবিশ্বের অতীত অসীম নয়। 

প্রথম নজরে যুক্তিটি খুবই সরল মনে হতে পারে, কিন্তু এর প্রভাব অত্যন্ত গভীর।

একটি গুরুত্বপূর্ণ আপত্তি: যদি entropy-র ceiling-ই বাড়তে থাকে?

এই যুক্তির বিরুদ্ধে আধুনিক কসমোলজিতে একটি পরিচিত আপত্তি রয়েছে। মহাবিশ্ব যেহেতু সম্প্রসারিত হচ্ছে এবং gravity সক্রিয়, তাই কেউ বলতে পারেন যে সর্বোচ্চ সম্ভাব্য entropy-র সীমাটাই (entropy ceiling) স্থির নয়। gravitational clumping ও কাঠামো গঠনের ফলে phase space ক্রমশ বড় হয়, এবং তার সাথে ceiling-ও বাড়তে থাকে। ফলে অসীম অতীত থাকলেও মহাবিশ্বকে এখনই কোনো fixed heat death অবস্থায় পৌঁছাতে হবে, এমন বাধ্যবাধকতা নেই।

এই আপত্তি গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু এটি মূল সমস্যাটিকে দূর করে না, বরং স্থানান্তরিত করে। Statistical mechanics-এর মৌলিক নিয়ম হলো, ceiling স্থির হোক বা পরিবর্তনশীল, প্রতিটি মুহূর্তে সিস্টেমের জন্য সেই মুহূর্তের তাৎক্ষণিক সর্বোচ্চ entropy-র কাছাকাছি অবস্থায় থাকাই overwhelmingly বেশি সম্ভাব্য, কারণ নিম্ন-entropy অবস্থাগুলোর সংখ্যা (microstate-এর measure) উচ্চ-entropy অবস্থাগুলোর তুলনায় vanishingly ক্ষুদ্র। একটা ঘরে গ্যাস ছড়িয়ে দিলে তা ঘরের একপ্রান্তে কেন্দ্রীভূত থাকার চেয়ে সমানভাবে ছড়িয়ে থাকাই বেশি সম্ভাব্য। ঘরের আকার বাড়লেও এই মূল নীতি পরিবর্তন হয় না, কেবল "সমানভাবে ছড়িয়ে থাকা"-র সংজ্ঞাটা বদলায়।

অর্থাৎ, অসীম অতীত সময় পেলে মহাবিশ্বের প্রতিটি যুগে তার তাৎক্ষণিক ceiling-এর কাছাকাছি অবস্থায় থাকার কথা, তা সেই ceiling যত বড়ই হোক। কিন্তু আমরা যা পর্যবেক্ষণ করি তা সম্পূর্ণ বিপরীত। একটি অত্যন্ত সুসংগঠিত, নিম্ন-entropy, কাঠামোসমৃদ্ধ মহাবিশ্ব, জ্বলন্ত নক্ষত্র, সক্রিয় গ্যালাক্সি, জীবন, যা তার তাত্ত্বিক ceiling থেকে বহু দূরে অবস্থিত। যদি মহাবিশ্বের অতীত সত্যিই অসীম হতো, তাহলে random statistical fluctuation-এর মাধ্যমে ঠিক এই মুহূর্তে, ঠিক এই সুসংগত ইতিহাস সহ নিজেদের খুঁজে পাওয়ার সম্ভাবনা কার্যত শূন্যের কাছাকাছি। বরং আমাদের একটি বিচ্ছিন্ন, ক্ষণস্থায়ী ভারসাম্য-fluctuation হিসেবে নিজেদের আবিষ্কার করার কথা ছিল, যাকে পদার্থবিজ্ঞানে "Boltzmann brain" সমস্যা নামে ডাকা হয় [8][9], পুরো ১৩.৮ বিলিয়ন বছরের সুসংগত মহাজাগতিক ইতিহাস সহ নয়।

Heat Death: মহাবিশ্বের শেষ পরিণতি?

বিজ্ঞানীরা মনে করেন, যদি মহাবিশ্ব যথেষ্ট দীর্ঘ সময় ধরে অস্তিত্বশীল থাকে, তাহলে একসময় এটি Heat Death নামে পরিচিত অবস্থায় পৌঁছাতে পারে। (( Kelvin, W. Thomson. "On a Universal Tendency in Nature to the Dissipation of Mechanical Energy." 1852. ))

সেই অবস্থায় সব নক্ষত্র নিভে যাবে, নতুন নক্ষত্র জন্ম নেবে না, তাপমাত্রার পার্থক্য প্রায় বিলুপ্ত হবে, শক্তি থেকে কার্যকর কাজ উৎপাদন করা সম্ভব হবে না, এবং মহাবিশ্ব কার্যত নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়বে।

এটিই হলো সর্বোচ্চ এন্ট্রপির অবস্থা, অথবা আগের সেকশনের আলোকে বললে, প্রতিটি মুহূর্তের জন্য তার নিজস্ব তাৎক্ষণিক সর্বোচ্চ এন্ট্রপির অবস্থা।

অসীম অতীত হলে সমস্যা কোথায়?

এখন মূল প্রশ্নে ফিরে আসা যাক।

যদি মহাবিশ্বের কোনো শুরু না থাকত এবং এটি অনন্ত অতীত থেকে বিদ্যমান থাকত, তাহলে এন্ট্রপি বৃদ্ধির জন্যও অনন্ত সময় পাওয়া যেত। কিন্তু তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র অনুসারে এন্ট্রপি সবসময় বৃদ্ধি পাচ্ছে। ফলে অনন্তকাল ধরে এই প্রক্রিয়া চললে মহাবিশ্বের ইতোমধ্যেই তার তাৎক্ষণিক সর্বোচ্চ এন্ট্রপি অবস্থার কাছাকাছি পৌঁছে যাওয়ার কথা ছিল। (( Dyson, L., Kleban, M., & Susskind, L. "Disturbing Implications of a Cosmological Constant." Journal of High Energy Physics, 2002. )) 

অর্থাৎ আজ আমাদের এমন একটি মহাবিশ্ব দেখার কথা ছিল যেখানে কোনো নক্ষত্র জ্বলছে না, কোনো শক্তির প্রবাহ নেই, কোনো নতুন কাঠামো তৈরি হচ্ছে না, এবং সবকিছু তাপগতীয় সাম্যাবস্থার কাছাকাছি পৌঁছে গেছে। কিন্তু বাস্তবে আমরা এমন কিছুই দেখি না।

বর্তমান মহাবিশ্ব কী বলছে?

আমাদের সূর্য এখনও জ্বলছে। মহাকাশে নতুন নক্ষত্র তৈরি হচ্ছে। গ্যালাক্সিগুলো সক্রিয়। সুপারনোভা বিস্ফোরণ ঘটছে। বিভিন্ন স্থানে তাপমাত্রার পার্থক্য বিদ্যমান। মহাবিশ্ব এখনও শক্তি-সমৃদ্ধ এবং গতিশীল। (( Penrose, R. The Road to Reality. Jonathan Cape, 2004. )) এসব পর্যবেক্ষণ নির্দেশ করে যে মহাবিশ্ব এখনো সর্বোচ্চ এন্ট্রপি অবস্থায় পৌঁছেনি।আর এটাই থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্টের মূল শক্তি।

আধুনিক কসমোলজির সাথে সামঞ্জস্য বিশ শতকে Edwin Hubble-এর পর্যবেক্ষণ দেখায় যে মহাবিশ্ব সম্প্রসারিত হচ্ছে। (( Hubble, E. "A Relation Between Distance and Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae." PNAS, 1929. )) পরবর্তীতে Cosmic Microwave Background Radiation-এর আবিষ্কার এবং আধুনিক কসমোলজিক্যাল মডেলগুলো একটি উষ্ণ ও ঘন প্রাথমিক অবস্থার দিকে ইঙ্গিত করে। (( Penzias, A. A. & Wilson, R. W. "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s." The Astrophysical Journal, 1965. ))

বর্তমান অনুমান অনুযায়ী মহাবিশ্বের বয়স প্রায় ১৩.৮ বিলিয়ন বছর। (( Planck Collaboration. "Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters." Astronomy & Astrophysics, 2020. )) যদিও থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট সরাসরি বিগ ব্যাং তত্ত্বের উপর নির্ভর করে না, তবুও উভয়ই মহাবিশ্বের সসীম অতীতের ধারণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

তবে এই যুক্তির একটি পরিচিত প্রতিদ্বন্দ্বী মডেলও আছে। কিছু কসমোলজিস্ট eternal inflation তত্ত্ব প্রস্তাব করেছেন, যেখানে মহাবিশ্বের কোনো একক শুরু নেই, বরং অসংখ্য "pocket universe" ক্রমাগত সৃষ্টি হতে থাকে। (( Guth, A. H. "Eternal Inflation and Its Implications." Journal of Physics A, 2007. )) এই মডেল থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্টের সাথে সরাসরি সাংঘর্ষিক এবং কসমোলজিস্টদের মধ্যে এ নিয়ে বিতর্ক এখনো চলমান।

থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট থেকে সৃষ্টিকর্তার প্রশ্ন: কসমোলজিক্যাল যুক্তির দিকে

মহাবিশ্বের অতীত সসীম, এই উপসংহার একা দাঁড়িয়ে থাকে না; এটি একটি গভীরতর প্রশ্নের দরজা খুলে দেয়। যদি মহাবিশ্ব অস্তিত্বে এসেছে, তবে কীভাবে এবং কার মাধ্যমে?

এই প্রশ্নের একটি সুপরিচিত দার্শনিক উত্তর হলো Kalam Cosmological Argument। আকর্ষণীয়ভাবে, "Kalam" শব্দটি নিজেই ইসলামী ধর্মতত্ত্ব (ইলম আল-কালাম) থেকে এসেছে। মধ্যযুগীয় মুসলিম দার্শনিকরা, বিশেষত আল-কিন্দি এবং আল-গাজ্জালি, এই যুক্তির গাঠনিক রূপ দিয়েছিলেন। আল-গাজ্জালি তাঁর Tahafut al-Falasifa গ্রন্থে যুক্তি দিয়েছিলেন যে একটি actual infinite অতীত যুক্তিগতভাবে অসম্ভব, এবং তাই মহাবিশ্বের একটি সূচনা থাকতেই হবে। তখনকার গ্রিক-প্রভাবিত দার্শনিকদের বিপরীতে, যারা মহাবিশ্বকে অনন্ত মনে করতেন। (( Al-Ghazali. Tahafut al-Falasifa (The Incoherence of the Philosophers). c. 1095. )) আজকের থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট ভিন্ন পথে, আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের ভাষায়, একই উপসংহারে পৌঁছায়। (( Craig, W. L. The Kalam Cosmological Argument. Macmillan, 1979. ))

Kalam যুক্তির মূল কাঠামো সহজ।

• Premise A: যা কিছু অস্তিত্বে আসে, তার একটি কারণ থাকে।
• Premise B: মহাবিশ্ব অস্তিত্বে এসেছে (থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট থেকে যা প্রতিষ্ঠিত হলো)।
• Conclusion: অতএব, মহাবিশ্বের একটি কারণ আছে।

কিন্তু এই কারণটি কেমন হতে হবে? যে কারণ সময়, স্থান এবং বস্তু, এই সবকিছুকেই অস্তিত্বে আনে, তাকে নিজেই এসবের সীমাবদ্ধতার বাইরে থাকতে হবে। অর্থাৎ এই কারণ হতে হবে timeless (কালাতীত), spaceless (স্থানাতীত), immaterial (বস্তুহীন), এবং অসীম ক্ষমতাসম্পন্ন, কারণ এটিই সময়-স্থান-বস্তুর উৎস, এদের অধীন নয়। 

Craig যুক্তি দেন যে এই কারণকে কেবল timeless বা immaterial হলেই চলে না, বরং তাকে personal agency-সম্পন্নও হতে হবে। (( Craig, W. L. The Kalam Cosmological Argument. Macmillan, 1979. )) কারণ যদি এই কারণ নিছক একটি যান্ত্রিক (mechanical), সবসময় বিদ্যমান প্রাকৃতিক শক্তি হতো, তাহলে তার প্রভাব (মহাবিশ্ব)-ও সবসময় বিদ্যমান থাকার কথা, একটি স্থির কারণ থেকে স্থির প্রভাবই আসে, কোনো বিরতি ছাড়া। কিন্তু মহাবিশ্বের একটি সূচনা থাকার অর্থ হলো, এই কারণের একটি বিশেষ মুহূর্তে, স্বাধীন ইচ্ছায় সৃষ্টি করার ক্ষমতা থাকতে হবে, যা যান্ত্রিক কারণ-প্রভাবের চেয়ে বরং সচেতন ইচ্ছা বা personal agency-র দিকে ইঙ্গিত করে।

কালাতীত, স্থানাতীত, অসীম ক্ষমতাসম্পন্ন এবং স্বাধীন ইচ্ছাসম্পন্ন এক সত্তা, এই বৈশিষ্ট্যগুলো ঠিক তেমনই, যেমনটা theistic ঐতিহ্যগুলো সৃষ্টিকর্তা সম্পর্কে বর্ণনা করে। এই অর্থে থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট কোনো বিচ্ছিন্ন বৈজ্ঞানিক পর্যবেক্ষণ নয়, এটি classical cosmological argument-এর প্রথম ও সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ, যা বিজ্ঞান থেকে শুরু হয়ে একটি অতি-প্রাকৃতিক, সচেতন স্রষ্টার দিকে যৌক্তিকভাবে এগিয়ে যায়।

উপসংহার

তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র আমাদের বলে যে এন্ট্রপি সময়ের সাথে বৃদ্ধি পায়। যদি মহাবিশ্ব অনন্ত অতীত থেকে বিদ্যমান থাকত, তাহলে এই বৃদ্ধি ইতোমধ্যেই মহাবিশ্বকে তার তাৎক্ষণিক সর্বোচ্চ এন্ট্রপি বা heat death অবস্থার কাছাকাছি নিয়ে যাওয়ার কথা ছিল, এই ceiling স্থির হোক বা ক্রমবর্ধমান হোক।

কিন্তু আমরা এমন একটি মহাবিশ্বে বাস করছি যেখানে নক্ষত্র জ্বলছে, শক্তি প্রবাহিত হচ্ছে এবং বিভিন্ন ভৌত প্রক্রিয়া এখনও সক্রিয় রয়েছে। এই পর্যবেক্ষণ থেকেই থার্মোডাইনামিক আর্গুমেন্ট দাবি করে যে মহাবিশ্বের অতীত সম্ভবত সসীম। আর যদি মহাবিশ্বের সত্যিই একটি সূচনা থাকে, তাহলে প্রশ্নটা এড়ানো যায় না, সেই সূচনার পেছনে কী, বা কে আছে? কসমোলজিক্যাল আর্গুমেন্টের যুক্তি অনুসরণ করলে উত্তরটি স্বাভাবিকভাবেই একটি কালাতীত, শক্তিশালী, সচেতন সৃষ্টিকর্তার দিকে নির্দেশ করে। বিজ্ঞান যেখানে থেমে যায়, একটি সসীম, সূচনাযুক্ত মহাবিশ্বের প্রমাণ দিয়ে, দর্শন ও বিশ্বাস ঠিক সেখান থেকেই এগিয়ে যায়।