爱德华·米尔斯·珀塞尔：聆听氢原子歌唱的物理学家
1945年12月的一个午后，在哈佛大学一栋尚存焊料和雷达零件气味的战时实验室大楼里，爱德华·米尔斯·珀塞尔（Edward Mills Purcell）与两位同事将一个石蜡样品对准无线电接收器，首次捕捉到了原子核在磁场中翻转时发出的微弱吸收信号。他们花了数周时间才确信该信号真实存在。此后又过了三十年，医学界才将其转化为核磁共振（MRI）扫描仪。
农耕带的工程师转向物理学
珀塞尔于1912年8月30日出生在伊利诺伊州泰勒维尔，父母是爱德华·A·珀塞尔（Edward A. Purcell）和玛丽·伊丽莎白·米尔斯（Mary Elizabeth Mills），他在那里及附近的马顿度过了童年并接受公立学校教育。他进入普渡大学时本打算成为一名电气工程师，并于1933年毕业，但本科期间在K·拉克-霍洛维茨（K. Lark-Horovitz）教授指导下进行电子衍射研究的经历，使他转向了物理学。随后，他在德国卡尔斯鲁厄工业大学（Technische Hochschule）作为交换生跟随W·魏泽尔（W. Weizel）教授学习了一年，进一步强化了这一兴趣。他回到美国并在哈佛大学攻读研究生，于1938年获得博士学位，并在第二次世界大战彻底改变其职业生涯之前，短暂担任过物理学讲师，正如这一代几乎所有物理学家所经历的那样。
麻省理工学院的雷达研究
1940年，珀塞尔加入了麻省理工学院辐射实验室，这是一个为盟军战事建造微波雷达的紧急计划，他随后升任基础发展小组负责人。这项工作使他与伊西多·艾萨克·拉比（I. I. Rabi）及其他通过无线电方法探测分子和原子核性质的物理学家并肩工作，这也使珀塞尔对他战后发现所必需的微波电子学技术驾轻就熟。从某种意义上说，雷达研究是他对共振仪器进行为期五年的学徒训练，尽管当时项目中没有人考虑过医学成像问题。
发现核磁共振
战后回到哈佛担任副教授后，珀塞尔与罗伯特·庞德（Robert Pound）和亨利·托雷（Henry Torrey）合作，检测到了大块物质中的核磁共振吸收现象——即原子核在磁场中吸收并重新发射射频能量的现象，其频率取决于它们所处的局部化学环境。费利克斯·布洛赫（Felix Bloch）及其在斯坦福大学的团队几乎同时独立发现了这一效应，并采用了不同的检测方法。两个团队因此共同获得了1952年诺贝尔物理学奖，获奖理由是“在核磁精密测量方法方面的开发及相关发现”。诺贝尔委员会的评语平实，但其影响却非同一般。核磁共振为化学家提供了一种精确、非破坏性的分子结构读取方式；几十年后，它成为了磁共振成像的物理基础，使医生无需手术刀或X射线照射即可观察人体内部。珀塞尔本人很快转向了该现象中更微妙的层面——自旋回波弛豫、核磁弛豫时间，以及负自旋温度这一奇特但真实的概念，该结果后来被证明与激光理论相关。
倾听银河系
珀塞尔的科学好奇心并未止步于实验室长凳。他预言并随后帮助证实了在星际空间中散布的中性氢原子所发射的21厘米无线电发射线的探测——该信号极其微弱，发现它需要将产生核磁共振的相同共振技术扩展到天文距离。21厘米线使天文学家首次绘制出银河系的螺旋结构，并有效地将射电天文学确立为一门系统性学科。这是一个罕见的例子，一位物理学家的实验室技术在职业生涯中同时改变了医学和宇宙学。
教授、教科书作者与总统顾问
回到哈佛后，珀塞尔于1949年晋升为正教授，并最终获得了格哈德·盖德（Gerhard Gade）大学教授的称号。他曾任美国物理学会会长，并是美国国家科学院和美国文理科学院院士。他的科学地位使他参与了政府工作：他从1957年开始在德怀特·艾森豪威尔（Dwight Eisenhower）总统的科学顾问委员会任职，并继续为约翰·肯尼迪（John F. Kennedy）和林登·约翰逊（Lyndon Johnson）提供咨询，属于冷战时期被华盛顿征召的那一代物理学家-政治家。他在物理教学领域留下的印记远超他个人的发现，他作为《伯克利物理学教程》的一部分编写了《电磁学》教科书。该项目由美国国家科学基金会资助，是“斯普特尼克”时代的产物，以将狭义相对论直接融入电磁学呈现而闻名——这一教学选择至今仍受到物理教师的钦佩。他还因1976年广为引用的题为《低雷诺数下的生命》的讲座而被铭记，该讲座以惊人的清晰度解释了为什么微观尺度的游泳（例如对细菌而言）遵守与人类尺度完全不同的物理规则，并介绍了后来被称为“扇贝定理”的粘性流体中往复运动理论。他后来的荣誉包括1967年的奥斯特奖章和1979年的国家科学奖章。
为什么爱德华被称为天才
将珀塞尔称为天才的理由，与其说是基于某种瞬间的灵感闪现，不如说是基于他在不同尺度上应用仪器构建直觉时表现出的罕见一致性。同样的原理——用无线电波激发原子核自旋并读取它们发回的微弱信号——使他既发现了具有直接化学和医学回报的实验室现象，又在几年后探测到了散布在银河系中氢原子的微弱声音。同事和后来的科学史学家指出，这种广度，加上他用通俗语言解释复杂物理问题的能力，是一个异常深邃的物理直觉的标志，而不仅仅是单纯的技术娴熟。客观的辩驳是，珀塞尔并非独自或孤立地发现核磁共振：费利克斯·布洛赫的团队在几周内独立通过另一种方法达到了相同的物理效果，而珀塞尔的工作直接建立在麻省理工学院辐射实验室数百名工程师开发的战时雷达电子学基础上。他的天才之处在于，他认识到一件熟悉的雷达硬件能够揭示物质不可见的内部结构——然后通过教科书和讲座如此清晰地解释这一发现，以至于它成为了下一代物理学家的常识。
遗产
珀塞尔于1997年3月7日在马萨诸塞州剑桥去世，享年84岁。他在一个改装雷达实验室中协助发现的技术，如今存在于世界各地的医院核磁共振室和化学系中，而他首创的天空测绘方法仍然是射电天文学的工作工具——这是一个罕见的案例，即一位物理学家的洞见同时改变了医学和宇宙学。
