世间万物都是运动的，区别在于运动的速度快慢。

我们现在考虑磁性颗粒的M，它改变其状态的时间尺度问题。

磁能就像一堵墙，或者一座山。M要从山这边到山那边去，有一个时间问题。如果是一只鸟，一下子就飞过去了，这个时间尺度就很小。如果是一个山羊，也会很轻松地跨越这个障碍，但是会比鸟慢一些。如果换成一只蜗牛呢？它慢吞吞地从山脚开始爬，速度慢啊，让人着急。可是，如果给它充足的时间，它也能够跨越这座大山。

为了衡量这个跨越大山的时间尺度，我们引入一个新的时间参数t（弛豫时间）。t越大，说明爬山速度越慢。t越小，则好似鸟儿展翅高飞一样，一下子就完成了任务。

t还可以被用来衡量M的稳定性问题。t越小，M在很短的时间内就会变化状态，很不稳定。如果t很大，显然M就稳定得多。对于地质问题，我们考虑得时间尺度可以高达百万年，甚至几十亿年。那么自然界中的磁性颗粒，其t能否和这个地质时间尺度匹配？

我们还是可以反过来思考。自然介质中的磁性颗粒，常常能记录几亿甚至几十亿年前的古地磁场信息，这说明至少有大量磁性颗粒t非常大，可以达到几十亿年的数量级。同时，有的样品记录的剩磁衰减很快，说明t可能在秒甚至毫秒级别。t的时间尺度跨越实在是大。

另外，我们还不能忘记热能的推动作用。稍微一加热，有了新的助力，爬山的速度肯定会快很多。

所以，我们可以大致猜想一下：

t ~ 磁能/热能

也就是磁能越大，山越高，所需时间越大。而热能越大，就能抵消高山的阻碍，使得爬山时间变短。

同时，t的时间尺度跨越非常大，什么函数才能满足这个特征呢？

我们可以进一步猜测：

t ~ exp(磁能/热能)

如果想把约等于号去掉，我们可以在引入一个常量t₀。于是关系式变为：

t = t₀*exp(磁能/热能)

如果最初我们真能这么猜测出来，那就是磁学界的大牛！

完成理论系统性推导的是尼尔教授，因为该理论，他获得了诺贝尔奖。

t = t₀*exp(m₀VM_sH_K /KT),

其中，其中 t₀ = 10^-9 s。

可见t与V、M_s以及H_K正相关，而与温度成反相关。但是，t不是简单地与其中单一参数正相关。我们不能简单地说V越大，磁颗粒的t就越大，因为其M_S和H_K可能很小。但是我们可以做一些约束，比如颗粒为磁铁矿，那么M_s就不变了。如果颗粒的拉长度差不多，H_K也就基本相等了。在这种情况下，确实V越大，t就越大。

再说一遍， t越大表明该SD颗粒越稳定，可以在较长的时间内保持稳定SD状态，甚至是地质历史时间尺度，否则就不会有古地磁学这门学问了。

根据尼尔理论，我们可以理解古地磁中的几种剩磁机制。所谓剩磁，就是当磁颗粒被外场磁化之后，去掉外场，其整体磁矩并不为零，而是还保留部分磁矩，即为剩磁（remanent mangetization）。

地球磁场在几十亿年前就已经存在。所以在当时形成的各种磁性颗粒都会被地磁场磁化，并以剩磁的形式保留下来。如果t很大，那么就可以一直被保留至今，被古地磁学家研究。

我们发现t对温度非常敏感。随着温度的增加，在一个很小的温度区间内t会快速地降低，也就是在非常小的一个温度区间内，磁性颗粒从稳定突然变得不稳定。

我们还可以反过来理解这个过程。大家都看过火山喷发，大量岩浆从火山口喷发出来，岩浆中含有很多磁性矿物，比如磁铁矿。在岩浆状态，其温度可以高达上千度，远远高于其居里温度，所以此时所有磁铁矿颗粒都处于顺磁状态，无法记录稳定的剩磁。

温度慢慢开始降低，当温度刚好低于T_C时，磁铁矿的磁畴开始出现，其磁矩M可以被地磁场磁化。但是，由于温度高，颗粒的t非常小，也就是它们无法保持稳定的剩磁。对于这种状态，我们称之为超顺磁状态（Superparamagnetic）。

从这个名字就可以看出，此时的颗粒，其整体行为类似于顺磁颗粒，加场就磁化，去除场就变为混乱（因为t太小）。但是，这又不同于顺磁颗粒（晶格结构被破坏），超顺磁颗粒恢复了晶格结构。如果起名假顺磁（Pseudoparamagnetic），可不可以呢？历史不能假设，先来先得。前人定义好的东西，大家就要约定成俗。

如果温度继续降低，t会在某个很小的温度区间突然增加，磁铁矿颗粒变得稳定，就能够保留被地磁场磁化时的状态。我们把这个很小的温度区间定义为一个特征温度—阻挡温度T_B。

当然最终温度会降到室温，此时，对某些颗粒来说其t已经达到可以和地质历史时间尺度比拟，从而记录了稳定的古地磁场信息，包括古地磁场的方向和强度。

通过这种降温增加t，从而记录剩磁的机制叫做热剩磁（Thermal remanent magnetization，TRM）。

是不是样品中所有颗粒都能在地质历史时期中保留稳定的原始TRM呢？

当然不是。我们之前说过，样品中磁性颗粒的t应该服从一定的分布，比如正态分布。有的颗粒t就天生很大，有的颗粒t天生就很小。那么这些t很小的颗粒，它在古地磁记录中起到什么作用呢？

因为t很小，所以这些颗粒就会变成墙头草，它们会被随后的地磁场（比如现今的地磁场）重新磁化。

那么我们怎么才能知道这些墙头草是被现今磁场重新磁化的？

现今地磁场总体方向是正南正北，所以这些墙头草记录的剩磁在统计意义意义上一定指向南北，非常好辨认。这种墙头草颗粒记录的剩磁，我们称之为粘滞剩磁（Viscous remanent magnetization，VRM）。

这种VRM也可以被我们古地磁学家利用。第一种非常好的应用就是给岩芯定向。

我们经常要打钻，取得地下的样品。有的钻孔可以深达几公里或十几公里。在打钻的时候，岩芯会发生转动，从而失去了偏角信息。如果不能给岩芯重新定向，就会失去地下很多和方向相关的地质信息，比如断层的走向，应力方向等等。

刚才我们说了，所有样品都应该受到现今地磁场的作用产生VRM。只要我们确定了岩芯记录的VRM，并把VRM的方向重新调整到南北向，就完成了岩芯的重新定向。这种方法在石油开采、地下工程研究等方面有着非常大的潜在应用价值。