当时的困境
原子核有自旋，因而有磁矩——这在 1930 年代已经清楚。1938 年拉比用分子束的办法首次测出了核磁矩：让一束分子穿过磁场，加上合适频率的射频场，核会翻转，束流因此偏折。
问题是这个办法只能用在稀薄的分子束上。要把它用到一块固体、一杯液体、一段活体组织上，需要在大量原子核存在的情形下探测到共振——而那时人们并不确定这可行。
疑虑是有理由的。在凝聚态里，核自旋与周围环境不断交换能量，共振有可能被展宽到根本看不见。更麻烦的是弛豫：核吸收能量后必须把它交给晶格才能回到低能态继续吸收，如果这个过程太慢，信号会迅速饱和消失。1936 年荷兰的戈特就尝试过，没有成功——他的结论一度让人以为这条路走不通。
洞见时刻
1946 年，两个小组各自跨过了这道坎。
斯坦福的布洛赫用的思路叫「核感应」。把样品放进强磁场，核磁矩绕磁场进动，频率正比于磁场强度（拉莫尔频率）。此时加一个频率匹配的射频场，把核磁化矢量从平衡方向推开；推开之后它继续进动，就会在旁边的接收线圈里感应出一个交变电压——直接可以测。
哈佛的珀塞尔小组走的是吸收的路子：扫描频率，看样品在什么频率上吞掉射频能量。
两组都在几周之内做成了，用的样品朴素得可以：布洛赫用水，珀塞尔用石蜡。两人 1952 年共享诺贝尔物理学奖。
关键在于，弛豫比人们担心的快得多——毫秒到秒的量级，足够让信号持续。
涟漪效应
物理学家造出这件工具，化学家很快接管了它。
原因是一个微小的效应：同一种原子核，处在不同的化学环境里，共振频率会有百万分之几的差别。周围电子的分布对外磁场有屏蔽作用，而电子分布由化学键决定。于是一张核磁共振谱图，就是一张分子结构的指纹——哪个氢连在哪个碳上，直接读得出来。
到 1960 年代，核磁共振成了有机化学确定结构的头号手段，地位相当于 X 射线衍射之于晶体。此后二维核磁、蛋白质核磁陆续出现，让人能在溶液中而不是晶体里解出生物大分子的构象——这是 X 射线做不到的。
1970 年代，劳特伯与曼斯菲尔德加进了最后一块拼图：梯度磁场。既然共振频率正比于磁场强度，那就让磁场强度随位置线性变化，于是频率携带了位置信息，可以反解成图像。
如果没有它
今天医院里的 MRI 就是这个。它不用电离辐射，对软组织的分辨率远超 X 射线 CT——脑、脊髓、关节、肌肉、肿瘤的成像基本靠它。为避免公众对「核」字的恐慌，医学界把「核磁共振成像」改称「磁共振成像」。
一台 MRI 的核心是一块超导磁体，通常 1.5 或 3 特斯拉，浸在液氦里——那又是超导与低温物理的产物。
而在实验室一侧，每一间有机化学实验室都有核磁谱仪；每一种新药在申报前都要给出核磁数据；结构生物学用它解出溶液中蛋白质怎么折叠。一件为测量核磁矩而生的物理仪器，最后同时成了化学的标准工具和医学的日常设备。