কৃষ্ণগহ্বরের সিমুলেশন তৈরিতে যেভাবে Codex ব্যবহার করছেন এক জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানী

কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশে মহাকর্ষ এতই প্রবল যে যথেষ্ট কাছে চলে গেলে কোনো কিছুই আর বেরিয়ে আসতে পারে না, এমনকি আলোও নয়. চি-কোয়ান চ্যানের মতো জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানীরা কম্পিউটার সিমুলেশন ও পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে কৃষ্ণগহ্বর নিয়ে গবেষণা করেন. কিন্তু বর্তমান অ্যালগরিদম ও গণনাশক্তির সীমাবদ্ধতার কারণে এসব সিমুলেশন পুরোপুরি বাস্তবসম্মত করা যায় না.

অ্যারিজোনা বিশ্ববিদ্যালয় ও স্টুয়ার্ড মানমন্দিরের গবেষক চ্যান Codex-এর সাহায্যে এই সমস্যা সমাধানের চেষ্টা করছেন.

তিনি বলেন, আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব যাচাই করার অন্যতম সেরা ক্ষেত্র হলো কৃষ্ণগহ্বর. বর্তমানে মহাকর্ষের সবচেয়ে ভালো ব্যাখ্যা দেয় এই তত্ত্ব: মহাকর্ষ বস্তুগুলোকে পরস্পরের দিকে টেনে নেওয়া কোনো বল নয়; বরং ভর ও শক্তির কারণে স্থান-কালের কাঠামো বেঁকে যাওয়ার ফল.

চ্যান আন্তর্জাতিক ইভেন্ট হরাইজন টেলিস্কোপ (ইএইচটি) সহযোগী প্রকল্পের সদস্য. এই প্রকল্প ২০১৯ সালে কৃষ্ণগহ্বরের প্রথম ছবি প্রকাশ করে. দলটি এখন অতিভারী কৃষ্ণগহ্বরের প্রথম ভিডিও তৈরির জন্য পর্যবেক্ষণতথ্য সংগ্রহ করছে. তাদের লক্ষ্য এম৮৭ ছায়াপথের কেন্দ্রে থাকা কৃষ্ণগহ্বরটি. 

তবে পর্যবেক্ষণ থেকে বৈজ্ঞানিক ধারণা পেতে বিপুল পরিমাণ উপাত্ত প্রক্রিয়াকরণ, বৃহৎ পরিসরের গণনাপ্রক্রিয়া এবং মহাবিশ্বের চরমতম কিছু ভৌত পরিস্থিতি তুলে ধরতে সক্ষম সিমুলেশন দরকার.

কৃষ্ণগহ্বর থেকে আলো বেরিয়ে আসতে পারে না বলে বিজ্ঞানীরা এর চারপাশের ঘটনা দিগন্ত নামের অঞ্চলটি নিয়ে গবেষণা করেন. এটি এমন এক সীমানা, যা পেরিয়ে গেলে পদার্থ আর বেরিয়ে আসতে পারে না. চ্যান বলেন, “এই তল পেরোলে আর ফেরার পথ নেই.” এই সীমানার ঠিক বাইরে ঘূর্ণায়মান পদার্থ থেকে আলো নির্গত হয়, যা জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানীরা দেখতে, পরিমাপ করতে ও সিমুলেশনে তুলে ধরতে পারেন. 

২০১৯ সালে ইএইচটির প্রকাশিত ছবিতে ঘটনা দিগন্তের কাছে উজ্জ্বল প্লাজমার মধ্যে একটি কৃষ্ণগহ্বরের ছায়া দেখা যায়. পর্যবেক্ষণ ব্যাখ্যা করতে দলটি যেসব সিমুলেশন ও গণনার সরঞ্জাম ব্যবহার করেছিল, সেগুলো তৈরিতে চ্যান সাহায্য করেন. এরপর স্থিরচিত্র থেকে ভিডিওর দিকে এগোনোর সঙ্গে সঙ্গে চ্যান ও তাঁর সহকর্মীরা তাঁদের যন্ত্রপাতি ও পর্যবেক্ষণক্ষমতা উন্নত করে চলেছেন.

ঘূর্ণনের জটিলতা সমাধানের চেষ্টা

চ্যান ও তাঁর দলের সবচেয়ে বড় বাধাগুলোর একটি হলো কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশের প্লাজমার গাণিতিক প্রতিরূপ তৈরি করা. প্লাজমা হলো বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত ইলেকট্রন ও আয়ন দিয়ে গঠিত অত্যন্ত উত্তপ্ত পদার্থ.

অনেক সিমুলেশনে বিজ্ঞানীরা হিসাব সহজ করতে প্লাজমাকে প্রবাহীর মতো ধরে নেন. এরপর সুপরিচিত সমীকরণ দিয়ে কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশে এর চলাচলের গাণিতিক প্রতিরূপ তৈরি করেন. বেশি ঘন প্লাজমায় এই পদ্ধতি মোটামুটি ভালো কাজ করে, কারণ সেখানে ইলেকট্রন ও আয়নের মধ্যে অবিরত সংঘর্ষ হয়. 

কিন্তু চ্যান ও তাঁর সহকর্মীরা যেসব অতিভারী কৃষ্ণগহ্বর নিয়ে গবেষণা করছেন, সেগুলোর কাছে কিছু অঞ্চল এত উত্তপ্ত ও কম ঘনত্বের হয় যে কণাগুলো খুব কমই পরস্পরের কাছাকাছি আসে. তিনি বলেন, “এগুলোর মধ্যে কার্যত সংঘর্ষ হয় না.” বরং কণাগুলো মূলত চৌম্বক ক্ষেত্ররেখার চারপাশে সর্পিল পথে ঘোরে. 

এই আচরণের সঠিক গাণিতিক প্রতিরূপ তৈরির জন্য গবেষকদের কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশে দ্রুত সর্পিল পথে চলতে থাকা লক্ষকোটি ইলেকট্রন ও আয়নের গতি অনুসরণ করতে হয়. প্রচলিত সিমুলেশনে প্রতিটি ক্ষুদ্র বাঁকের হিসাব করতে হয়. তাই কম্পিউটারকে সময়ের অত্যন্ত ছোট ছোট ধাপে হিসাব এগিয়ে নিতে হয়.

ফলে বিশ্বের দ্রুততম সুপারকম্পিউটারও বেশির ভাগ সময় কণার এই অতি ক্ষুদ্র গতিবিধির হিসাব করতেই ব্যয় করতে পারে. বিজ্ঞানীরা আসলে যে বৃহত্তর আচরণ নিয়ে গবেষণা করতে চান, তার সিমুলেশন তৈরি পিছিয়ে পড়ে.

চ্যান বলেন, “কয়েক দশক ধরে এই সমস্যার কারণে আমরা কৃষ্ণগহ্বরের প্লাজমার সিমুলেশন যথেষ্ট বাস্তবসম্মত করতে পারিনি.”

কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা দিয়ে আরও উন্নত ডিজিটাল প্রতিরূপ তৈরি

চ্যানের ধারণা ছিল, নতুন গাণিতিক কৌশল দিয়ে এসব সীমাবদ্ধতার কিছু কাটিয়ে ওঠা সম্ভব হতে পারে. মূল ভাবনাটি ছিল সিমুলেশনে কণার গতি অনুসরণের গাণিতিক পদ্ধতি বদলানো, যাতে কম্পিউটারকে প্রতিটি ক্ষুদ্র সর্পিল গতি সরাসরি অনুসরণ করতে না হয়.

চ্যান বলেন, “কিন্তু সব গাণিতিক সম্ভাবনা হাতে-কলমে খতিয়ে দেখতে বিপুল সময় লাগত.” তাই সম্ভাব্য অ্যালগরিদম নির্ণয় করতে এবং জানা সমাধানের সঙ্গে মিলিয়ে সেগুলো পরীক্ষা করতে তিনি Codex-এর সাহায্য নেন.

Codex অনেক সম্ভাব্য পদ্ধতি তৈরি করে—সবগুলো সঠিক ছিল না. চ্যান বলেন, “তবে তাতে সমস্যা নেই.” “বেশির ভাগ বৈজ্ঞানিক ধারণাই ব্যর্থ হয়. গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, এই অ্যালগরিদমগুলো পরীক্ষা করা যায়. একটি কার্যকর অ্যালগরিদম খুঁজে পেলেই তা আগে অসম্ভব ছিল এমন সিমুলেশন তৈরির পথ খুলে দিতে পারে.” 

কিছু কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তাব্যবস্থা কোন কোন ধাপ অনুসরণ করে সিদ্ধান্তে পৌঁছেছে তা না দেখিয়েই ফলাফল দিতে পারে. কিন্তু চ্যানের দল Codex দিয়ে এমন সংখ্যাভিত্তিক গণনাপদ্ধতি প্রস্তাব ও বাস্তবায়ন করায়, যা তারা খতিয়ে দেখতে, পরীক্ষা করতে এবং ভৌত দিক থেকে বুঝতে পারে.

বৃহৎ ভাষা মডেল এখনো ভুল করে, আর অনেক বিজ্ঞানী গবেষণায় কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যবহারের বিষয়ে এখনো সতর্ক. কিন্তু চ্যানের বিশ্বাস, বর্তমান কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তাব্যবস্থার অন্যতম সেরা ব্যবহার হতে পারে বিজ্ঞানে. কারণ বৈজ্ঞানিক ধারণাগুলো কঠোরভাবে যাচাই করা যায়.

তিনি বলেন, “কোনো ধারণা আইনস্টাইন, কোনো মেধাবী শিক্ষার্থী বা কোনো কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার মডেল থেকে এসেছে বলেই আমরা তা মেনে নিই না.” “আমরা বারবার পরীক্ষা করার পরই তা গ্রহণ করি.”

চ্যান কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তাকে এমন একটি হাতিয়ার হিসেবে দেখেন, যা গবেষকদের আরও বেশি ধারণা খতিয়ে দেখতে, দ্রুত পরীক্ষা করতে এবং আবিষ্কারের গতি বাড়াতে সাহায্য করতে পারে. একই সঙ্গে যাচাই ও পুনরাবৃত্ত পরীক্ষায় একই ফল পাওয়ার নীতিও অটুট থাকে.

Codex দিয়ে চ্যান যেসব পদ্ধতি পরীক্ষা করছেন, সেগুলো সফল হলে নতুন অ্যালগরিদমগুলো একসময় বিজ্ঞানীদের কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশের লক্ষকোটি কণার সিমুলেশন তৈরির সুযোগ করে দিতে পারে. এর ফলে গবেষকেরা এমন সব ভৌত ঘটনা নিয়ে গবেষণা করতে পারবেন, যা কয়েক দশক ধরে তাঁদের নাগালের বাইরে ছিল.