নিউটনের মহাকর্ষ তত্ত্ব: মহাবিশ্বের আকর্ষণের রহস্য উন্মোচন

বস্তুর ওপর বল প্রয়োগ না করলে সেটা কেন সবসময় সমান বেগে সরলরেখা বরাবর চলতেই থাকে, তার কারণ আজও খুঁজে বের করা যায়নি। আমরা জানি, এই চিরায়ত গতির অস্তিত্ব আছে। সে যাহোক, গ্রহগুলোকে সূর্যের দিকে ঘোরাতে হলে একটা বল লাগবে। সত্যি বলতে, নিউটন দেখিয়েছিলেন ‘গ্রহগুলোর বেগের সব ধরনের পরিবর্তন হয় সূর্যের দিকে’—এই সাধারণ ধারণাটি থেকেই গ্রহগুলোর সমান সময়ে সমান ক্ষেত্রফল অতিক্রম করার বিষয়টি আসে। গ্রহদের উপবৃত্তাকার গতিপথের জন্যও এটা সত্যি।

এ থেকে নিউটন নিশ্চিত করলেন, গ্রহগুলোর ওপর প্রযুক্ত বল সূর্যের দিকে কাজ করে। আর সূর্য থেকে গ্রহগুলোর দূরত্বের ওপর নির্ভর করে বিভিন্ন গ্রহের পর্যায়কাল—মানে, সূর্যের চারপাশে একবার ঘুরে আসতে যত সময় লাগে, তা কীভাবে বদলে যায়, সেটা জানতে পারলে দূরত্বভেদে এ বল কতটা সবল বা দুর্বলভাবে কাজ করে, তা বের করা সম্ভব। তিনি বের করলেন, এই বল সবসময় দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক হারে কাজ করে।

এ পর্যন্ত নিউটন কিন্তু নিজে থেকে কিছু বলেননি। তিনি শুধু দুটো জিনিস বলেছেন, যেগুলো কেপলার আগেই ভিন্ন ভাষায় বলে গিয়েছিলেন। এর একটা ‘গ্রহদের ওপর প্রযুক্ত বল সূর্যের দিকে কাজ করে’—এ কথার সমতুল্য। আরেকটি ‘বলের মান দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক’—এ বক্তব্যের সমতুল্য।

কিন্তু মানুষ ততদিনে টেলিস্কোপ দিয়ে দেখেছে, বৃহস্পতির চারদিকে এর উপগ্রহগুলো ঘুরছে। ঠিক ছোট্ট একটা সৌরজগতের মতো। উপগ্রহগুলো যেন বৃহস্পতির প্রতি আকর্ষিত হচ্ছে। আবার চাঁদ পৃথিবীর প্রতি আকর্ষিত হচ্ছে, এর চারপাশে ঘুরছে। এটিও আকর্ষিত হচ্ছে একইভাবে। দেখে মনে হচ্ছে যেন সব কিছুই অন্য সব কিছুর প্রতি আকর্ষিত হয়। তাই নিউটনের পরবর্তী বক্তব্যটা ছিল পুরো বিষয়টিকে সার্বিকভাবে বিবৃত করা। তিনি বললেন, সব বস্তুই একে অন্যকে আকর্ষণ করে। এটা যদি সত্য হয়, তাহলে সূর্য যেমন গ্রহগুলোকে টানছে, পৃথিবীও তেমনি টানছে চাঁদকে। বলে রাখি, মানুষের ইতিমধ্যেই জানা ছিল, পৃথিবী সব কিছুকে নিজের দিকে টানে।

কারণ, আপনারা সবাই বাতাসে ভেসে বেড়াতে চাইলেও শক্তভাবে নিজের আসনেই বসে আছেন! পৃথিবী যে তার পৃষ্ঠের ওপরের সবকিছুকে নিজের দিকে টানে—মহাকর্ষবিষয়ক এই ধারণটি ততদিনে সুপরিচিত ছিল। এখানে নিউটনের আইডিয়াটা ছিল, যে মহাকর্ষ চাঁদকে তার কক্ষপথে ধরে রেখেছে, সম্ভবত সেই একই মহাকর্ষই বিভিন্ন বস্তুকে পৃথিবীর দিকে টানছে।

চাঁদ এক সেকেন্ডে কতটুকু পড়ছে, সেটা হিসেব করে বের করা যায় সহজেই। কারণ, আপনি এর কক্ষপথের আকার জানেন। জানেন, চাঁদ পৃথিবীকে ঘিরে একবার ঘুরে আসতে এক মাসের মতো লাগে। তাহলে, এখান থেকে যদি আপনি হিসেব করে বের করতে পারেন চাঁদ এক সেকেন্ডে কত দূর যায়; আপনি বের করতে পারবেন, চাঁদ তার কক্ষপথের কোনো বিন্দুগামী সরলরেখা বা স্পর্শক থেকে প্রতি সেকেন্ডে বৃত্তাকার পথে কতটা নেমে আসে।

অর্থাৎ এর ওপর কোনো বল প্রযুক্ত না হলে; এটা বর্তমানে যে বৃত্তাকার পথে ছুটছে, সেই পথে না গেলে যে সরলরেখা বরাবর ছুটে যেত, সেখান থেকে প্রতি সেকেন্ডে এটা কতটুকু নিচে পড়ছে, এভাবে সেটা বের করা যায়। এই দূরত্বটা হলো এক ইঞ্চির বিশ ভাগের এক ভাগ। ১/২০ ইঞ্চি।

আমরা পৃথিবীর কেন্দ্র থেকে যতটা দূরে আছি, চাঁদ তার চেয়ে ষাটগুণ দূরে আছে। আমরা আছি পৃথিবীর কেন্দ্র থেকে ৪ হাজার মাইল দূরে। আর চাঁদ আছে ২ লাখ ৪০ হাজার মাইল দূরে। এখন, দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতের সূত্র যদি ঠিক হয়, তবে ভূপৃষ্ঠের কোনো বস্তুর প্রতি সেকেন্ডে পড়া উচিৎ ৩৬০০ × (১/২০) ইঞ্চি। (৩৬০০ মানে, ৬০-এর বর্গ।) কারণ, চাঁদে যে বল গিয়ে পৌঁছাচ্ছে, সেটা দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক সূত্র অনুসারে ৬০ ×৬০  হারে দুর্বল হয়ে যাচ্ছে। তাই পৃথিবীপৃষ্ঠে সেই বলটা ৩৬০০ গুণ শক্তিশালীভাবে কাজ করবে।

সেটা দিয়ে চাঁদের পতনকে গুণ করে পাব পৃথিবীপৃষ্ঠে বস্তুর কী হারে পড়া উচিৎ, তা। আর চাঁদ তার কক্ষপথে পড়ছে সেকেন্ডে ১/২০ ইঞ্চি, এটা আমরা ইতিমধ্যেই দেখেছি। তাহলে, ১/২০ ইঞ্চি×৩৬০০ = প্রায় ১৬ ফিট। ততদিনে গ্যালিলেওর এক্সপেরিমেন্ট থেকে জানাই ছিল, পৃথিবীপৃষ্ঠের কোনো বস্তু এক সেকেন্ডে ১৬ ফিটের মতোই পড়ে। তার মানে, নিউটন সঠিক পথে আছেন। এখন আর ফেরার উপায় নেই। কারণ, আগে থেকে সম্পর্কহীন, সম্পূর্ণ স্বাধীন একটা বিষয়—চাঁদের কক্ষপথের পর্যায়কাল এবং পৃথিবী থেকে এর দূরত্বকে বর্তমানে আরেকটি বিষয়—এক সেকেন্ডে পৃথিবীপৃষ্ঠের কোনো বস্তু কতটুকু পড়ে, তার সঙ্গে সম্পর্কিত করা হয়েছে। খুবই রোমাঞ্চকর ও নাটকীয় এক পরীক্ষা। যে পরীক্ষা আমাদের বলছে, সব ঠিক আছে।

এখন, এই সূত্র ধরে নিউটন অনেকগুলো অনুমান করলেন। দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতের সূত্র অনুযায়ী গ্রহগুলোর কক্ষপথের আকৃতি কেমন হওয়া উচিৎ, তিনি সেটা হিসেব করে বের করলেন। দেখলেন, আসলেই সেটা উপবৃত্তাকার হওয়ার কথা। এ ছাড়াও আরও অনেকগুলো নতুন ঘটনারও স্পষ্ট ব্যাখ্যা পাওয়া গেল। যেমন জোয়ার-ভাটা। পৃথিবী এবং ভূপৃষ্ঠের পানির ওপর চাঁদের আকর্ষণের কারণে জোয়ার-ভাটা হয়।

চাঁদের আকর্ষণের কথা অবশ্য মানুষ আগেও ভেবেছে। সমস্যা হলো, জোয়ার-ভাটা যদি চাঁদের আকর্ষণের কারণেই ঘটে, তাহলে চাঁদ যেদিকে, শুধু সেদিকের পানি চাঁদের টানে ওপরে উঠে আসবে। সেক্ষেত্রে দিনে শুধু একবারই জোয়ার হওয়ার কথা। কিন্তু বাস্তবে আমরা জানি, প্রতি বারো ঘণ্টায় একবার জোয়ার আসে, দিনে দুবার। ভিন্নচিন্তার আরেক ধরনের মানুষ ছিলেন, যাঁরা অন্য সিদ্ধান্তে এসেছিলেন। তাঁদের ভাবনা ছিল, চাঁদ পৃথিবীকে টেনে পানি থেকে দূরে সরিয়ে নেয়। তাই চাঁদ পৃথিবীর যে পাশে, তার উল্টোদিকে জোয়ার হয়।

কিন্তু নিউটন প্রথমবারের মতো বুঝতে পারলেন, আসলে কী ঘটে। তিনি বুঝেছিলেন, পৃথিবী ও ভূপৃষ্ঠের পানির ওপর চাঁদ একই দূরত্ব থেকে সমান বল প্রয়োগ করে আকর্ষণ করে। তাই যে পাশে পানি তুলনামূলক চাঁদের কাছাকাছি, সেটা চাঁদের দিকে খানিকটা উঠে আসে। আর যে বিন্দুতে নিরেট পৃথিবীর চেয়ে ভূপৃষ্ঠের পানি চাঁদের চেয়ে খানিকটা দূরে, সেখানে ভূপৃষ্ঠ চাঁদের দিকে সরে আসে। তাই উল্টোপাশে পানি উপচে ওঠে। এই দুইয়ে মিলে পৃথিবীর যেকোনো স্থানে দিনে দুবার জোয়ার-ভাটা হয়।

আরও অনেক কিছু স্পষ্ট হয়ে গেল। যেমন পৃথিবী গোল কেন—কারণ, সবকিছু টান খেয়ে একসঙ্গে জড়ো হয়ে থাকে। আর, গোলাকৃতির ফলে মহাকর্ষ বল ভারসাম্যপূর্ণ্যভাবে প্রতিটি কণার ওপর কাজ করতে পারে। জানা গেল, পৃথিবী নিখুঁত গোলাকার নয় কেন—কারণ, এটি ঘুরছে। ফলে এর দুপাশ খানিকটা বেরিয়ে রয়েছে, আর অন্য দুপাশে খানিকটা চাপা—এভাবে ভারসাম্য হয়ে গেছে। জানা গেল, চাঁদ-সূর্য কেন গোলাকার ইত্যাদি।