সপ্তদশ শতাব্দীর পূর্ব পর্যন্ত পদার্থবিজ্ঞান কোনো পরিমাপযোগ্য বা গাণিতিক শাস্ত্র ছিল না; তা ছিল মূলত অ্যারিস্টটলের অনুমাননির্ভর দার্শনিক চিন্তার এক জগত। সেখানে ধারণা করা হতো, ভারী বস্তু তার অভ্যন্তরীণ ইচ্ছার কারণেই দ্রুত পৃথিবীর কেন্দ্রে পৌঁছাতে চায় এবং বস্তুর ওজন যত বেশি, পতনের বেগও ঠিক তত বেশি। স্বর্গীয় মহাকাশ ছিল সম্পূর্ণ অপরিবর্তনশীল ও নিখুঁত। এই দুই হাজার বছরের বদ্ধমূল ধারণাকে যিনি পরীক্ষাগারের সুনির্দিষ্ট পরীক্ষা, আনত তল এবং নিজের তৈরি দূরবীক্ষণ যন্ত্র দিয়ে ভেঙে চুরমার করে দেন, তিনি হলেন গ্যালিলিও গ্যালিলি।
১. অ্যারিস্টটলীয় বিভ্রান্তি এবং গ্যালিলিওর যুক্তির আঘাত
প্রাচীন গ্রিক বিজ্ঞানের অনুশাসন অনুযায়ী বিশ্বাস করা হতো যে, একটি পাঁচ পাউন্ডের লোহার গোলক একটি এক পাউন্ডের গোলকের চেয়ে পাঁচ গুণ দ্রুত মাটিতে পড়বে। দৈনন্দিন জীবনে বাতাসের বাধার কারণে পালক ধীরে পড়লেও অ্যারিস্টটলীয়রা সেই বাতাসকে দূর করার কথা ভাবেননি।
গ্যালিলিও একটি বিখ্যাত কাল্পনিক যুক্তির (Thought Experiment) মাধ্যমে অ্যারিস্টটলের স্ববিরোধিতা উন্মোচন করেন:
“যদি আমরা একটি হালকা পাথরকে একটি ভারী পাথরের সাথে বেঁধে ওপর থেকে ফেলে দিই, তবে কী ঘটবে? অ্যারিস্টটলের মতবাদ সত্য হলে হালকা পাথরটি ভারী পাথরটির গতিকে টেনে ধীর করে দেবে। কিন্তু সামগ্রিকভাবে দুটি পাথর মিলে তো আগের ভারী পাথরের চেয়েও আরও ভারী হয়ে গেছে! অতএব, যুক্তির নিয়মেই বস্তুটিকে একই সাথে আগের চেয়ে দ্রুত এবং আগের চেয়ে ধীরে পড়তে হবে—যা অসম্ভব ও ভিত্তিহীন।”
২. আনত তলের পরীক্ষা এবং ত্বরণের বর্গীয় সূত্র
তৎকালীন সময়ে নিখুঁত স্টপওয়াচ না থাকায় মুক্তভাবে পড়ন্ত বস্তুর অতিদ্রুত গতি মাপা ছিল কঠিন। গ্যালিলিও একটি অনন্য কৌশল আবিষ্কার করেন—মহাকর্ষের গতিকে মন্থর করা। তিনি মসৃণ কাঠের তক্তার ওপর সূক্ষ্ম ব্রোঞ্জের গোলক গড়িয়ে দিলেন।
জলঘড়ি (Clepsydra) ও নিজের নাড়ির স্পন্দন গুনে তিনি আবিষ্কার করেন এক অবিস্মরণীয় সত্য: পতনের অতিক্রান্ত দূরত্ব সময়ের সমানুপাতিক নয়, বরং সময়ের বর্গের সমানুপাতিক:
সমান সময় ব্যবধানে ($১, ২, ৩, ৪ dots$) অতিক্রান্ত দূরত্ব বৃদ্ধি পায় বিজোড় সংখ্যার অনুক্রম মেনে:
মানবজাতির ইতিহাসে প্রথমবারের মতো প্রমাণিত হলো, প্রকৃতির ভৌত প্রক্রিয়া কোনো খেয়ালখুশি নয়, বরং তা নির্ভুল গাণিতিক গতিসূত্রে আবদ্ধ:
৩. প্রক্ষেপকের গতি ও পরাবৃত্তীয় গতিপথ
কামান থেকে ছোঁড়া গোলার গতিপথ নিয়ে প্রচলিত ধারণা ছিল যে তা সোজাসুজি ছুটে যায় এবং শক্তি শেষ হলে খাড়া নিচে পড়ে যায়। গ্যালিলিও প্রমাণ করেন যে প্রক্ষেপকের গতি মূলত দুটি সম্পূর্ণ স্বাধীন গতির সমন্বয়:
- অনুভূমিক গতি: কোনো ত্বরণ নেই, সমবেগে জড়তা মেনে চলমান ($x = v_x t$)।
- উল্লম্ব গতি: অভিকর্ষজ ত্বরণের অধীনে মুক্ত পতন ($y = v_{y0} t – frac{1}{2}gt^2$)।
উভয় সমীকরণ থেকে সময় $t$ অপসারণ করলে পাওয়া যায় এক নিখুঁত পরাবৃত্তের (Parabola) সমীকরণ:
৪. দূরবীক্ষণ যন্ত্র ও নক্ষত্রলোকের রহস্য উন্মোচন
১৬০৯ সালে দূরবীক্ষণ যন্ত্র তৈরি করে গ্যালিলিও যখন রাতের আকাশের দিকে তাকান, তখন শত শত বছরের ভূ-কেন্দ্রিক বিশ্বতত্ত্ব ধসে পড়ে:
- চাঁদের পৃষ্ঠ: মসৃণ স্ফটিক নয়, বরং গিরিখাত ও উপত্যকায় ভরা পৃথিবীর মতোই একটি রুক্ষ গোলক।
- বৃহস্পতির চারটি চাঁদ: প্রমাণ করে যে মহাবিশ্বের সবকিছু একমাত্র পৃথিবীকে কেন্দ্র করে ঘোরে না।
- শুক্রের কলা (Phases of Venus): চাঁদের মতো শুক্রের বিভিন্ন দশার হ্রাস-বৃদ্ধি প্রমাণ করে যে শুক্র গ্রহ সূর্যের চারপাশেই ঘোরে।
