爱德华·米尔斯·珀塞尔(Edward Mills Purcell,1912年8月30日 - 1997年3月7日),
美国物理学家,因独立发现液体和固体中的核磁共振(NMR)而与人分享了1952年
诺贝尔物理学奖。
人物介绍
早年经历
珀塞尔出生并成长于
伊利诺伊州的泰勒维尔,他在马顿公立学校接受教育,1929年进入
印第安纳州的
普渡大学电力工程系学习。在普渡大学期间,他是菲·卡帕·西格玛联谊会的Alpha Xi分会的成员。尽管他的专业是电力工程,但他对物理学有着浓厚的兴趣。在导师的指导下,他进行了电子反射试验,并发现电子反射可以产生电子影像,从而证明了电子具有波的性质。珀塞尔因此成为了电子自旋共振的先驱,并因此获得了1952年的
诺贝尔物理学奖。
工作经历
大学毕业后,珀塞尔被选为交流学生到德国的卡尔思鲁恩高等工业学校留学,在W·韦泽尔教授指导下学习。一年之后,他回国进入
哈佛大学攻读物理学硕士和博士学位;两年之后,珀塞尔成为该大学讲师。
第二次世界大战开始后,他来到
麻省理工学院放射研究所进行
微波雷达开发研究。许多微波波长都是1米以下的电磁波,人们可以将这种波的直线系统用于雷达。珀塞尔这段经历在一生中十分有用;他亦因在这一研究所结识了许多著名科学家。后来珀塞尔发现了原子磁共振的吸收。“二战”结束后,他回到哈佛大学;1949年成为该校物理学教授。
1946年12月,珀塞尔与同事罗伯特·庞德和亨利·托雷一起发现了核磁共振(NMR)。核磁共振为科学家提供了一种优雅而精确的方法来确定材料的
化学结构和性质,并在物理学和化学领域得到了广泛应用。它也是磁共振成像(MRI)的基础,是20世纪最重要的医学进步之一。因为他的核磁共振发现,珀塞尔与
斯坦福大学的
费利克斯·布洛赫共同获得了1952年
诺贝尔物理学奖。
核磁共振
核磁共振(NMR)在医学上的应用,一般是在其他检查手段所不及的时候使用。诸如对人体肿瘤的检查,是将人体置于很强的静
磁场,氢原子的
共振频率与
相等的电磁波会瞬间产生;人体中的氢原子核磁共振就会形成放射电磁波,利用人体横断面的氢原子就能呈现人
断层的层画面。人们把这种检测方法叫做核磁共振(NMR)或
计算机扫描画像(CT)。与珀塞尔一同发现核磁共振的还有
瑞士物理学家菲力克斯・布罗赫(Felix Bloch)。由于珀塞尔和
布罗赫同时发现核磁共振现象,1952年,他们一同获
诺贝尔物理学奖。就在珀塞尔等人研究核磁共振之后,又有人开发出利用质子和X射线的CT法。
氢原子电波
1951年,亦即珀塞尔获得
诺贝尔奖的前一年,他的研究小组从宇宙空间的氢原子中,成功地观测到波长21厘米的
微波。这是
第二次世界大战中
荷兰的延·沃尔特(JAN・Oort 1900-1992)等人从理论上预言的一种波,而在此之前的1927年,沃尔特认为银河系有数千亿个类似
太阳的
恒星;
宇宙间与银河系相似的
星系有数千亿个;在宇宙间类似太阳的恒星也有数千亿个×数千亿个那么多。1944年,沃尔特小组发表论文,阐述宇宙间的氢原子理应辐射或吸收的电波波长约为21厘米,构成氢的质子和电子数百万年间才重复交换各自的自转方向一次,此时21厘米的电波会释放出来。当时,在
哈佛大学工作的珀塞尔夫人对这篇论文非常感兴趣,于是她支持丈夫搞这项研究。1950年,美国射电天文学院研究团体成立。这一研究团体从哈佛大学的一个试验室租借许多零部件制成无线电波收发器持续开展持续开展这项研究。1951年3月,他们终于检测出21厘米波长的电波。后来
荷兰和
澳大利亚的研究小组也观测出21厘米的电波,当时,3国研究小组的发现报告,刊登在
英国著名科学刊物《自然》杂志上。
电波天文学
珀塞尔开拓的电波天文学取得了许多丰硕成果。
类星体、
脉冲星,以及
宇宙背景辐射的发现等,都是利用射电天文学方法完成的。1963年,旅美荷兰天文学家马修・施密特发现,类星体是一种有
红外线光X射线等巨大能量辐射的
天体;1967年,英国安东尼・休伊思(Anthony Hewish)发现脉冲星是一种电波周期很短的电波星体,最短可达千分之一周期。后来的研究证明,这是超新星爆发之物质在物质在物质太空中只带中子的超密度
中子星。1965年,最早发现的宇宙背景辐射是美国人
阿诺·彭齐亚斯(Penzias)和
罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)从宇宙的旋转方向和温度为
摄氏度零下270度极低温度对应的电波。这对于研究数十亿年前发生的大爆炸诞生了
宇宙,以及宇宙继续发生膨胀十分重要。
成就及荣誉
核磁共振应用于医学
核磁共振(NMR)在医学上的应用,一般是在其他检查手段所不及的时候使用。
诸如对人体肿瘤的检查,是将人体置于很强的静
磁场,氢原子的
共振频率与
相等的电磁波会瞬间产生;人体中的氢原子核磁共振就会形成放射电磁波,利用人体横断面的氢原子就能呈现人体
断层画面。人们把这种检测方法叫做核磁共振(NMR)或
计算机扫描画像(CT)。
与珀塞尔一同发现核磁共振的还有
瑞士物理学家菲力克斯·布罗赫(Felix Bloch)。由于珀塞尔和
布罗赫同时发现核磁共振现象,1952年,他们一同获
诺贝尔物理学奖。
就在珀塞尔等人研究核磁共振之后,又有人开发出利用质子和X射线的CT法。
氢原子发出电波
1951年,亦即珀塞尔获得
诺贝尔奖的前一年,他的研究小组从宇宙空间的氢原子中,成功地观测到波长21厘米的
微波。这是
第二次世界大战中
荷兰的延·沃尔特(JAN·Oort 1900-1992年)等人从理论上预言的一种波,而在此之前的1927年,沃尔特认为银河系有数千亿个类似
太阳的
恒星;
宇宙间与银河系相似的
星系有数千亿个;在宇宙间类似太阳的恒星也有数千亿个×数千亿个那么多。
1944年,沃尔特小组发表论文,阐述宇宙间的氢原子理应辐射或吸收的电波波长约为21厘米,构成氢的质子和电子数百万年间才重复交换各自的自转方向一次,此时21厘米的电波会释放出来。
当时,在
哈佛大学工作的珀塞尔夫人对这篇论文非常感兴趣,于是她支持丈夫搞这项研究。
1950年,美国射电天文学院研究团体成立。这一研究团体从哈佛大学的一个实验室租借许多零部件制成无线电波收发器,并持续这项研究。1951年3月,他们终于检测出21厘米波长的电波。后来
荷兰和
澳大利亚的研究小组也观测出21厘米的电波,当时,3国研究小组的发现报告,刊登在
英国著名科学刊物《自然》杂志上。
珀塞尔开拓的电波天文学取得了许多丰硕成果。
类星体、
脉冲星,以及
宇宙背景辐射的发现等,都是利用射电天文学方法完成的。1963年,旅美荷兰天文学家马修·施密特发现,类星体是一种有
红外线光X射线等巨大能量辐射的
天体;1967年,英国安东尼·休伊思(Antony Hewish)发现脉冲星是一种电波周期很短的电波星体,最短可达千分之一周期。后来的研究证明,这是超新星爆发之后留下的物质太空中只带中子的超密度
中子星。
1965年,最早发现的宇宙背景辐射是美国人
阿诺·彭齐亚斯(Penzias)和
罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)从宇宙的旋转方向和温度为
摄氏度零下270度极低温度对应的电波。这对于研究数十亿年前发生的大爆炸诞生了
宇宙,以及宇宙继续发生膨胀十分重要。
核磁共振和电波
天文学的开拓者珀塞尔对医学和天文学的巨大贡献令人难忘。
教育贡献
珀塞尔是创新教材《电学和磁学》的作者。这本书是一个由国家科学基金会资助的斯普特尼克时代项目,因其在这个层次上使用
相对论来呈现主题而具有影响力。1965年版现在因为联邦资助的条件而可以免费获取,最初是作为伯克利物理课程的一部分出版的。这本书也以商业第三版的形式出版,名为《珀塞尔和莫林》。珀塞尔还因他著名的演讲《低雷诺数下的生活》而被生物学家所铭记,在这个演讲中,他解释了在限制流动状态(通常在微观尺度)中占主导地位的力量和效应。他还强调了低
雷诺数流动的时间可逆性,这一原则被称为
扇贝定理。
珀塞尔一直在
哈佛大学进行研究和教学工作直至1997年去世,享年84岁。他的朋友和同事称他为埃德·珀塞尔,他的贡献对医学和
天文学的巨大贡献令人难忘。
外部链接
参考资料
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