एडवर्ड मिल्स पुरसेल: वह भौतिक विज्ञानी जिसने हाइड्रोजन को गाते सुना

दिसंबर 1945 की एक दोपहर, हार्वर्ड की एक युद्धकालीन प्रयोगशाला की इमारत में, जहाँ अभी भी सोल्डर और रडार के पुर्जों की महक आ रही थी, एडवर्ड मिल्स पुरसेल (Edward Mills Purcell) और उनके दो सहयोगियों ने पैराफिन के एक नमूने को रेडियो रिसीवर की ओर इशारा किया और पहली बार एक चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु नाभिक के पलटने का धुंधला अवशोषण संकेत पकड़ा। उन्हें यह विश्वास दिलाने में हफ़्तों लग गए कि संकेत वास्तविक था। इसे एमआरआई (MRI) स्कैनर में बदलने में चिकित्सा जगत को और तीन दशक लग गए।

फार्म-बेल्ट का एक इंजीनियर भौतिकी की ओर मुड़ा

पुरसेल का जन्म 30 अगस्त 1912 को टेलरविले, इलिनोइस में एडवर्ड ए. पुरसेल (Edward A. Purcell) और मैरी एलिजाबेथ मिल्स (Mary Elizabeth Mills) के घर हुआ था, और उन्होंने वहाँ और पास के मट्टून के पब्लिक स्कूलों में पढ़ाई की। उन्होंने इलेक्ट्रिकल इंजीनियर बनने के इरादे से पर्ड्यू यूनिवर्सिटी में प्रवेश लिया और 1933 में स्नातक किया, लेकिन प्रोफेसर के. लार्क-होरोविट्ज़ (K. Lark-Horovitz) के अधीन इलेक्ट्रॉन विवर्तन शोध करने के दौरान उनका मन भौतिकी की ओर मुड़ गया। जर्मनी के कार्लस्रुहे में टेक्निश होचशूले (Technische Hochschule) में प्रोफेसर डब्ल्यू. वेज़ेल (W. Weizel) के अधीन एक वर्ष के एक्सचेंज छात्र के रूप में अध्ययन ने इस रुचि को और अधिक गहरा कर दिया। वे स्नातक कार्य के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका लौटे और 1938 में हार्वर्ड से पीएचडी प्राप्त की और द्वितीय विश्व युद्ध से पहले भौतिकी प्रशिक्षक के रूप में थोड़े समय के लिए रहे, जिसने उनकी पीढ़ी के लगभग हर भौतिक विज्ञानी की तरह उनके करियर को बदल दिया।

एमआईटी में रडार

1940 में पुरसेल एमआईटी रेडिएशन लैबोरेटरी में शामिल हो गए, जो मित्र देशों के युद्ध प्रयासों के लिए माइक्रोवेव रडार बनाने का एक क्रैश प्रोग्राम था, और वे इसके फंडामेंटल डेवलपमेंट्स ग्रुप का नेतृत्व करने के लिए आगे बढ़े। इस काम ने उन्हें आई. आई. रबी (I. I. Rabi) और अन्य भौतिक विज्ञानियों के कंधे से कंधा मिलाकर काम करने का मौका दिया, जो रेडियो विधियों द्वारा आणविक और परमाणु गुणों की जांच कर रहे थे। इसने पुरसेल को माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक्स में पारंगत बना दिया, जिसकी उन्हें युद्ध के बाद की अपनी खोज के लिए आवश्यकता थी। रडार शोध एक तरह से अनुनाद (resonance) के उपकरणों पर पांच साल की प्रशिक्षुता थी, भले ही परियोजना में कोई भी चिकित्सा इमेजिंग के बारे में नहीं सोच रहा था।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद की खोज

युद्ध के बाद हार्वर्ड में एसोसिएट प्रोफेसर के रूप में लौटने पर, पुरसेल ने रॉबर्ट पाउंड (Robert Pound) और हेनरी टॉरी (Henry Torrey) के साथ काम किया ताकि बड़े पैमाने पर पदार्थ में परमाणु चुंबकीय अनुनाद अवशोषण का पता लगाया जा सके - वह घटना जिसके द्वारा चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु नाभिक अपने स्थानीय रासायनिक वातावरण पर निर्भर आवृत्ति पर रेडियो-आवृत्ति ऊर्जा को अवशोषित और पुन: उत्सर्जित करते हैं। स्टैनफोर्ड में फेलिक्स बलोच (Felix Bloch) और उनके समूह ने स्वतंत्र रूप से और लगभग एक ही समय में अलग-अलग पता लगाने की विधि का उपयोग करके समान प्रभाव पाया, और दोनों टीमों ने "परमाणु चुंबकीय परिशुद्धता मापन के लिए नई विधियों के विकास और इससे संबंधित खोजों" के लिए 1952 का भौतिकी में नोबेल पुरस्कार साझा किया। नोबेल समिति की भाषा शुष्क थी; लेकिन इसका परिणाम ऐसा नहीं था। एनएमआर (NMR) ने रसायनज्ञों को अणुओं की संरचना पढ़ने का एक सटीक, गैर-विनाशकारी तरीका दिया, और दशकों बाद यह चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का भौतिक आधार बन गया, जिससे डॉक्टर बिना किसी स्केलपेल या एक्स-रे खुराक के जीवित शरीर के अंदर देख सकते थे। पुरसेल स्वयं जल्दी ही इस घटना के सूक्ष्म कोनों - स्पिन-इको रिलैक्सेशन, परमाणु चुंबकीय विश्राम समय, और नकारात्मक स्पिन तापमान की अजीब लेकिन वास्तविक अवधारणा - की ओर बढ़ गए, एक ऐसा परिणाम जो बाद में लेजर के सिद्धांत के लिए प्रासंगिक साबित हुआ।

आकाशगंगा को सुनना

पुरसेल की वैज्ञानिक जिज्ञासा प्रयोगशाला की मेज तक ही सीमित नहीं रही। उन्होंने अंतरतारकीय अंतरिक्ष में बिखरे हुए तटस्थ हाइड्रोजन परमाणुओं से 21-सेंटीमीटर रेडियो उत्सर्जन रेखा का पता लगाने की भविष्यवाणी की और फिर इसकी पुष्टि करने में मदद की - एक संकेत इतना धुंधला था कि इसे खोजने के लिए उसी अनुनाद तकनीकों को खगोलीय दूरियों तक विस्तारित करने की आवश्यकता थी जिसने एनएमआर का निर्माण किया था। 21-सेंटीमीटर रेखा ने खगोलविदों को पहली बार मिल्की वे (आकाशगंगा) की सर्पिल संरचना का मानचित्र बनाने दिया और प्रभावी रूप से रेडियो खगोल विज्ञान को एक व्यवस्थित अनुशासन के रूप में स्थापित किया। यह एक भौतिक विज्ञानी की प्रयोगशाला तकनीक द्वारा एक ही करियर के भीतर चिकित्सा और ब्रह्मांड विज्ञान दोनों को फिर से आकार देने का एक दुर्लभ मामला था।

प्रोफेसर, पाठ्यपुस्तक लेखक, राष्ट्रपति सलाहकार

हार्वर्ड में वापस आकर, पुरसेल 1949 में पूर्ण प्रोफेसर बन गए और अंततः उन्हें गेरहार्ड गेडे (Gerhard Gade) यूनिवर्सिटी प्रोफेसर की उपाधि मिली। उन्होंने अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी के अध्यक्ष के रूप में कार्य किया और नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज और अमेरिकन एकेडमी ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज के सदस्य थे। उनकी वैज्ञानिक स्थिति उन्हें सरकारी सेवा में ले गई: वे 1957 से ड्वाइट आइजनहावर (Dwight Eisenhower) के अधीन राष्ट्रपति की विज्ञान सलाहकार समिति में बैठे और जॉन एफ. कैनेडी (John F. Kennedy) और लिंडन जॉनसन (Lyndon Johnson) को सलाह देते रहे, जो शीत युद्ध के दौरान वाशिंगटन द्वारा बुलाए गए भौतिक विज्ञानी-राजनेताओं की पीढ़ी का हिस्सा थे। उन्होंने अपनी खोजों से कहीं आगे भौतिकी शिक्षा पर भी एक छाप छोड़ी, बर्कले फिजिक्स कोर्स के हिस्से के रूप में 'इलेक्ट्रिसिटी एंड मैग्नेटिज्म' पाठ्यपुस्तक लिखी, जो एनएसएफ-वित्त पोषित, स्पुतनिक-युग की परियोजना थी, जो विशेष सापेक्षता को सीधे विद्युत चुंबकत्व की प्रस्तुति में बुनने के लिए उल्लेखनीय थी - एक ऐसा शैक्षणिक विकल्प जिसे आज भी भौतिकी के शिक्षक पसंद करते हैं। उन्हें 1976 के एक व्यापक रूप से उद्धृत व्याख्यान, "लाइफ एट लो रेनॉल्ड्स नंबर (Life at Low Reynolds Number)" के लिए भी याद किया जाता है, जिसने आश्चर्यजनक स्पष्टता के साथ समझाया कि सूक्ष्म पैमाने पर तैरना - उदाहरण के लिए, एक जीवाणु के लिए - मानव पैमाने पर तैरने की तुलना में पूरी तरह से अलग भौतिक नियमों का पालन क्यों करता है, और चिपचिपे तरल पदार्थों में पारस्परिक गति के लिए जिसे बाद में स्कैलप प्रमेय (scallop theorem) कहा गया, उसे पेश किया। बाद के सम्मानों में 1967 में ऑर्स्टेड मेडल (Oersted Medal) और 1979 में नेशनल मेडल ऑफ साइंस शामिल थे।

एडवर्ड को जीनियस क्यों कहा जाता है

पुरसेल को जीनियस कहने का मामला अंतर्दृष्टि की एक ही झलक से अधिक, अलग-अलग पैमानों पर लागू उपकरण-निर्माण अंतर्ज्ञान की दुर्लभ निरंतरता पर टिका है। एक ही तकनीक - रेडियो तरंगों के साथ परमाणु स्पिन को उत्तेजित करना और उनके द्वारा वापस भेजे गए धुंधले संकेत को पढ़ना - ने उन्हें तत्काल रासायनिक और चिकित्सा लाभ के साथ एक प्रयोगशाला घटना खोजने और कुछ साल बाद आकाशगंगा में बिखरे हुए हाइड्रोजन परमाणुओं से एक फुसफुसाहट का पता लगाने की अनुमति दी। सहयोगियों और बाद के विज्ञान के इतिहासकारों ने उस सीमा को, साथ ही कठिन भौतिकी को सरल भाषा में समझाने की उनकी क्षमता को, केवल तकनीकी सुविधा के बजाय असामान्य रूप से गहरे भौतिक अंतर्ज्ञान के संकेत के रूप में इंगित किया है। ईमानदार प्रतिवाद यह है कि पुरसेल ने एनएमआर की खोज अकेले या अलगाव में नहीं की: फेलिक्स बलोच की टीम ने हफ़्तों के भीतर एक अलग विधि का उपयोग करके स्वतंत्र रूप से उसी भौतिकी तक पहुँच प्राप्त की, और पुरसेल ने एमआईटी रेडिएशन लैबोरेटरी में सैकड़ों इंजीनियरों द्वारा विकसित युद्धकालीन रडार इलेक्ट्रॉनिक्स पर सीधे निर्माण किया। उनकी प्रतिभा, जैसी भी थी, यह पहचानने में थी कि रडार हार्डवेयर का एक परिचित टुकड़ा पदार्थ के अदृश्य आंतरिक भाग के बारे में क्या प्रकट कर सकता है - और फिर उस रहस्योद्घाटन को, पाठ्यपुस्तकों और व्याख्यानों में, इतनी स्पष्ट रूप से समझाना कि यह भौतिक विज्ञानियों की अगली पीढ़ी के लिए सामान्य ज्ञान बन गया।

विरासत

पुरसेल का निधन 7 मार्च 1997 को कैम्ब्रिज, मैसाचुसेट्स में चौरासी वर्ष की आयु में हुआ। जिस तकनीक की उन्होंने एक परिवर्तित रडार प्रयोगशाला में खोज करने में मदद की, वह अब दुनिया भर के अस्पताल एमआरआई सुइट्स और रसायन विज्ञान विभागों के अंदर स्थित है, और जिस आकाश-मानचित्रण पद्धति का उन्होंने बीड़ा उठाया, वह आज भी रेडियो खगोल विज्ञान का एक कार्य उपकरण बनी हुई है - एक भौतिक विज्ञानी की अंतर्दृष्टि द्वारा चिकित्सा और ब्रह्मांड विज्ञान को एक साथ बदलने का एक दुर्लभ उदाहरण।