পদার্থবিদরা প্রত্যাশার চেয়ে আরও অদ্ভুত ধরনের বরফ খুঁজে পাচ্ছেন

পানির কঠিন অবস্থা দেখতে যতটা সরল লাগে, বাস্তবে তা তার চেয়ে অনেক কম সরল

ফ্রিজারের ট্রে বা শীতের হ্রদে বরফ চেনা-পরিচিত লাগতে পারে, কিন্তু পদার্থবিদেরা এটিকে প্রকৃতির সবচেয়ে বিস্ময়কর উপাদানগুলোর একটি হিসেবে ক্রমেই বিবেচনা করছেন। নতুন Quanta Magazine প্রতিবেদনের মতে, বিজ্ঞানীরা শুধু গত এক বছরেই বরফের তিনটি নতুন ধরন শনাক্ত করেছেন, যার মধ্যে এখন পর্যন্ত দেখা সবচেয়ে জটিল দুইটি বরফ পর্যায়ও রয়েছে। এই আবিষ্কারগুলো ইতিমধ্যেই 20টিরও বেশি পরিচিত স্ফটিকাকার বরফ পর্যায়ের ক্রমবর্ধমান তালিকায় যোগ হয়েছে.

কাহিনিটি শুধু এই নয় যে বরফের বহু ধরন আছে। আসল বিষয় হলো, ভিন্ন ভিন্ন পরিস্থিতিতে পানি নিজেকে অসাধারণ বিস্তৃত পরিসরের কঠিন কাঠামোতে গড়ে তুলতে সক্ষম বলে মনে হচ্ছে। গবেষকদের মতে, কম্পিউটার সিমুলেশন বরফের সম্ভাব্য রূপের দশ হাজারেরও বেশি ধরন পূর্বাভাস দিয়েছে। এর মানে এই নয় যে সেগুলোর সবকটিই ল্যাবরেটরিতে বা প্রকৃতিতে খুঁজে পাওয়া যাবে। কিন্তু এটি অবশ্যই ইঙ্গিত দেয় যে বিজ্ঞানীরা আগের ধারণার চেয়ে অনেক সমৃদ্ধ phase space নিয়ে কাজ করছেন.

বরফ কেন পদার্থবিদদের বারবার চমকে দেয়

এর কারণ পানির জ্যামিতি। Quanta অনুযায়ী, প্রতিটি পানির অণুতে একটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সঙ্গে যুক্ত থাকে, আর মুক্ত ইলেকট্রনের দুটি জোড়া অণুর কার্যকর আকৃতিকে বিদ্যুচ্চুম্বকীয় বলের দ্বারা দূরে রাখা চারটি বাহু-সদৃশ কাঠামোতে প্রসারিত করে। এই গঠন পানিকে পুনরাবৃত্তিমূলক স্ফটিকাকার বিন্যাসে সংগঠিত হওয়ার অসাধারণ নমনীয়তা দেয়.

সাধারণ বরফে, এই অণুগুলো একটি প্রশস্ত ষড়ভুজাকৃতির কাঠামো তৈরি করে। এই খোলা বিন্যাস সাধারণ বরফকে তরল পানির চেয়ে কম ঘন করে তোলে, এজন্য বরফ ভেসে থাকে এবং হ্রদ উপরের দিক থেকে নিচের দিকে জমে। কিন্তু চাপের মধ্যে পানি একেবারে ভিন্ন প্যাটার্নে সংকুচিত হতে পারে। তাপমাত্রা বদলান, চাপ বদলান, অথবা এই পরিস্থিতিগুলো প্রয়োগের গতি বদলান, আর অণুগুলো নতুন স্ফটিকাকার অবস্থায় স্থিত হতে পারে.

Lawrence Livermore National Laboratory-এর Marius Millot Quanta-কে বলেছেন যে পানিকে সংকুচিত করার পদ্ধতিতে সামান্য পরিবর্তনও সম্পূর্ণ অপ্রত্যাশিত আচরণ প্রকাশ করতে পারে। সেই মন্তব্য ব্যাখ্যা করে কেন ক্ষেত্রটি এত দ্রুত এগিয়েছে। গবেষকেরা পরীক্ষামূলক কৌশল উন্নত করছেন এবং পুরোনো ধারণা ছেড়ে দিচ্ছেন বলে এমন কাঠামো উন্মোচিত হচ্ছে, যা আগে তৈরি করা বা শনাক্ত করা কঠিন ছিল.

এক বছরে তিনটি নতুন রূপ

প্রতিবেদনটি বলছে, গত বছরে বরফের তিনটি নতুন ধরন আবিষ্কৃত হয়েছে। এর মধ্যে দুটি এখন পর্যন্ত দেখা সবচেয়ে জটিল পর্যায়ের মধ্যে পড়ে। Cambridge University-এর Chris Pickard বর্তমান সময়টিকে অসাধারণ বলে বর্ণনা করেছেন, এবং বলেছেন যে গবেষকেরা এসব কাঠামোর আরও অনেকটাই খুঁজে পাচ্ছেন.

এই গতি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ প্রতিটি নতুন পর্যায় তাত্ত্বিক পূর্বাভাসকে পরীক্ষা করে এবং তা পরিমার্জিত করে। পানি দীর্ঘদিন ধরে সাধারণ উপাদানের তুলনায় অদ্ভুত আচরণের জন্য কুখ্যাত। সত্যায়িত বরফ রূপের তালিকা যত বাড়ছে, পদার্থবিদেরা তত ভালোভাবে যাচাই করতে পারছেন যে তাদের সিমুলেশনগুলো চরম অবস্থায় আণবিক সংগঠনের প্রকৃত সম্ভাবনাগুলো ধরতে পারছে কি না.

বিস্তৃত হতে থাকা এই তালিকা ক্ষেত্রটির সুরও বদলে দিচ্ছে। অস্বাভাবিক বরফ পর্যায়গুলোকে বিরল কৌতূহল হিসেবে দেখার বদলে, বিজ্ঞানীরা এখন সেগুলোকে এমন একটি বৃহত্তর পরিসরের অংশ হিসেবে দেখছেন, যার এখনও কেবল আংশিক মানচিত্রায়ন হয়েছে। যদি বিপুল সংখ্যক সম্ভাব্য রূপের ইঙ্গিত দেওয়া সিমুলেশনগুলো দিকনির্দেশগতভাবেও সঠিক হয়, তবে বর্তমান আবিষ্কারগুলো চূড়ান্ত ফল নয়, বরং প্রারম্ভিক ধাপ হতে পারে.

পৃথিবীর বাইরে, অদ্ভুত বরফ হয়তো সাধারণ

এই আবিষ্কারগুলোর একটি কারণ হলো, পৃথিবীতে বিরল বরফ অন্য কোথাও বিরল নাও হতে পারে। Quanta জানাচ্ছে, ঠান্ডা, অ্যামরফাস ধূমকেতুর লেজ থেকে শুরু করে বরফময় গ্রহের উত্তপ্ত, চাপে-চূর্ণ অভ্যন্তর পর্যন্ত বিভিন্ন পরিবেশে অদ্ভুত বরফ থাকতে পারে। অন্য কথায়, পানির চরম পর্যায়গুলোর পরীক্ষাগারভিত্তিক অধ্যয়ন গ্রহের অভ্যন্তরীণ গঠন এবং পৃথিবীর বাইরের পরিবেশ বোঝারও একটি উপায়.

এতে এমন একটি গল্পের গুরুত্ব বেড়ে যায়, যা অন্যথায় এক সংকীর্ণ উপাদান-বিজ্ঞান বিষয় বলে মনে হতে পারত। পানি দৈনন্দিন জীবনের সবচেয়ে পরিচিত পদার্থগুলোর একটি, কিন্তু ভিনদেশি অবস্থায় এর আচরণ গবেষকদের এমন স্থান বুঝতে সাহায্য করতে পারে, যেখানে শারীরিকভাবে পৌঁছানো যায় না। সম্ভাব্য বরফ পর্যায়গুলোর মানচিত্র যত পূর্ণ হবে, দূরবর্তী জগতে চাপ ও তাপমাত্রা অস্বাভাবিকভাবে একত্রিত হলে কী ঘটে, তা বিজ্ঞানীরা তত ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারবেন.

Quanta প্রতিবেদনের “space oddity” শব্দবন্ধটি এই সংযোগকে ভালোভাবে ধরেছে। বরফ শুধু ঘরোয়া পদার্থ নয়, বা শুধু ভূভৌতিক পদার্থও নয়। এটি ক্রমেই একটি গ্রহীয় পদার্থে পরিণত হচ্ছে, যার অদ্ভুত রূপগুলো সৌরজগতের স্থাপত্যের অংশ হতে পারে.

উন্নত পদ্ধতিতে খোলা একটি ক্ষেত্র

এই গল্পটি আরও দেখায় যে আবিষ্কার কতটা পদ্ধতির ওপর নির্ভরশীল। প্রতিবেদনে সাম্প্রতিক অগ্রগতির জন্য উন্নত পরীক্ষামূলক কৌশল এবং পুরোনো ধারণা অতিক্রম করার মানসিকতাকে দায়ী করা হয়েছে। পানির আণবিক গঠন সবসময় একই ছিল। বদলেছে বিজ্ঞানীদের সেটিকে নতুন অবস্থায় ঠেলে নিয়ে যাওয়া এবং সেখানে কী তৈরি হচ্ছে তা শনাক্ত করার ক্ষমতা.

পরিণত বিজ্ঞানক্ষেত্রগুলো প্রায়ই এভাবেই এগোয়। সবাই যা চেনে বলে মনে করে, সেটিই সরঞ্জাম উন্নত হলে আবার অচেনা হয়ে ওঠে। এই ক্ষেত্রে গবেষকেরা দেখছেন যে চাপের মধ্যে পানি কেবল মাত্রায় নয়, প্রকৃতিগতভাবেও ভিন্নভাবে সংগঠিত হতে পারে.

সুতরাং এই আবিষ্কারগুলো কেবল তালিকায় নতুন সংযোজন নয়। এগুলো দেখাচ্ছে বরফের পদার্থবিদ্যা এখন কতটা উন্মুক্ত ও অনির্ধারিত রূপ নিচ্ছে। বরফকে একক বা প্রায় স্থির একটি পদার্থ ভাবার ধারণা সরে গিয়ে বিস্তৃত স্ফটিক সম্ভাবনার একটি পরিবারে রূপ নিচ্ছে.

একটি সরল পদার্থের বড় অর্থ

পৃথিবীর অন্যতম পরিচিত অণু এখনও মৌলিক চমক দিতে পারে, এই ধারণায় বৈজ্ঞানিক উপযোগিতাও আছে, দার্শনিক দিক থেকেও তা তাৎপর্যপূর্ণ। পানি রসায়ন, জলবায়ু, জীববিজ্ঞান, এবং গ্রহবিজ্ঞানের কেন্দ্রে রয়েছে। তবু এর কঠিন রূপগুলো এমন গতিতে আবিষ্কৃত হচ্ছে, যা বিশেষজ্ঞদেরও বিস্মিত করছে.

এই কারণেই সাম্প্রতিক আবিষ্কারগুলো তাদের তাত্ক্ষণিক প্রযুক্তিগত বিশদ ছাড়িয়ে আরও গুরুত্বপূর্ণ। এগুলো দেখায় যে পরিচিত উপাদানেও গঠন চোখের সামনে লুকিয়ে থাকতে পারে, যতক্ষণ না সঠিক পরিস্থিতি এবং যন্ত্র তা প্রকাশ করে। গত বছরে বরফের তিনটি নতুন ধরন রিপোর্ট করা হয়েছে, আর সিমুলেশনগুলো আরও অনেক সম্ভাবনার ইঙ্গিত দিচ্ছে বলে পদার্থবিদেরা কেবল বরফের বিজ্ঞানকে পরিমার্জিত করছেন না। তারা সেটিকে আবার খুলে দেখছেন.

এই নিবন্ধটি Quanta Magazine-এর প্রতিবেদন অবলম্বনে লেখা। মূল নিবন্ধ পড়ুন.