উত্তরঃ
ভেক্টর ও স্কেলার ক্ষেত্র পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক ধারণা। ভেক্টর ক্যালকুলাসের বিভিন্ন অপারেটরের সাহায্যে একটি স্কেলার ক্ষেত্রকে ভেক্টর ক্ষেত্রে এবং একটি ভেক্টর ক্ষেত্রকে স্কেলার ক্ষেত্রে রূপান্তরিত করা সম্ভব। উদ্দীপকে প্রদত্ত স্কেলার ও ভেক্টর ক্ষেত্রদ্বয়ের মাধ্যমে এই রূপান্তর গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ করা যায়।
স্কেলার ক্ষেত্রকে ভেক্টর ক্ষেত্রে রূপান্তর (Gradient):
একটি স্কেলার ক্ষেত্র \(\phi\) কে গ্রেডিয়েন্ট (\(\nabla\phi\)) এর মাধ্যমে একটি ভেক্টর ক্ষেত্রে রূপান্তরিত করা যায়। গ্রেডিয়েন্ট একটি স্কেলার ক্ষেত্রের সর্বোচ্চ পরিবর্তনের হার এবং দিক নির্দেশ করে। উদ্দীপকে প্রদত্ত স্কেলার ক্ষেত্রটি হলো:
\(\phi = 3xy^2z + 3xyz^2 + 3y^2z^3\)
এর গ্রেডিয়েন্ট নির্ণয় করি:
\(\nabla\phi = \frac{\partial\phi}{\partial x}\hat{i} + \frac{\partial\phi}{\partial y}\hat{j} + \frac{\partial\phi}{\partial z}\hat{k}\)
\(\frac{\partial\phi}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(3xy^2z + 3xyz^2 + 3y^2z^3) = 3y^2z + 3yz^2\)
\(\frac{\partial\phi}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(3xy^2z + 3xyz^2 + 3y^2z^3) = 6xyz + 3xz^2 + 6yz^3\)
\(\frac{\partial\phi}{\partial z} = \frac{\partial}{\partial z}(3xy^2z + 3xyz^2 + 3y^2z^3) = 3xy^2 + 6xyz + 9y^2z^2\)
সুতরাং, \(\nabla\phi = (3y^2z + 3yz^2)\hat{i} + (6xyz + 3xz^2 + 6yz^3)\hat{j} + (3xy^2 + 6xyz + 9y^2z^2)\hat{k}\)
এটি একটি ভেক্টর ক্ষেত্র, যা প্রমাণ করে যে একটি স্কেলার ক্ষেত্রকে ভেক্টর ক্ষেত্রে রূপান্তর করা যায়।
ভেক্টর ক্ষেত্রকে স্কেলার ক্ষেত্রে রূপান্তর (Divergence):
একটি ভেক্টর ক্ষেত্র \(A\) কে ডাইভারজেন্স (\(\nabla \cdot A\)) এর মাধ্যমে একটি স্কেলার ক্ষেত্রে রূপান্তরিত করা যায়। ডাইভারজেন্স একটি ভেক্টর ক্ষেত্রের কোনো বিন্দুতে 'ফ্লাক্স ঘনত্ব' বা 'সোর্স-সিঙ্ক' এর পরিমাণ নির্দেশ করে। উদ্দীপকে প্রদত্ত ভেক্টর ক্ষেত্রটি হলো:
\(A = 4x^3y^2\hat{i} - 4x^2y^3z\hat{j} - 6xyz^3\hat{k}\)
এর ডাইভারজেন্স নির্ণয় করি:
\(\nabla \cdot A = \frac{\partial A_x}{\partial x} + \frac{\partial A_y}{\partial y} + \frac{\partial A_z}{\partial z}\)
এখানে, \(A_x = 4x^3y^2\), \(A_y = -4x^2y^3z\), এবং \(A_z = -6xyz^3\)
\(\frac{\partial A_x}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(4x^3y^2) = 12x^2y^2\)
\(\frac{\partial A_y}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(-4x^2y^3z) = -12x^2y^2z\)
\(\frac{\partial A_z}{\partial z} = \frac{\partial}{\partial z}(-6xyz^3) = -18xyz^2\)
সুতরাং, \(\nabla \cdot A = 12x^2y^2 - 12x^2y^2z - 18xyz^2\)
এটি একটি স্কেলার ক্ষেত্র, যা প্রমাণ করে যে একটি ভেক্টর ক্ষেত্রকে স্কেলার ক্ষেত্রে রূপান্তর করা যায়।
উপরিউক্ত গাণিতিক বিশ্লেষণ থেকে দেখা যায় যে, একটি স্কেলার ক্ষেত্রকে গ্রেডিয়েন্ট অপারেটরের সাহায্যে একটি ভেক্টর ক্ষেত্রে এবং একটি ভেক্টর ক্ষেত্রকে ডাইভারজেন্স অপারেটরের সাহায্যে একটি স্কেলার ক্ষেত্রে রূপান্তরিত করা সম্ভব। ভেক্টর ক্যালকুলাসের এই দুটি মৌলিক অপারেটর পদার্থবিজ্ঞান এবং প্রকৌশল বিদ্যার বিভিন্ন শাখায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
