Zeitumkehr

Zeitumkehr (Zeitumkehrung) bezeichnet die hypothetische Transformation, bei der die zeitliche Richtung aller Vorgänge umgekehrt wird: Aus einem Pfad x(t) wird x(-t). In der Physik wird sie als Time-Reversal-Symmetrie durch den Operator T beschrieben, der Zeit t durch -t abbildet und Impulsrichtungen entsprechend kippt.

In der klassischen Mechanik sind die Grundgesetze der Bewegung vielfach zeitinvertierbar: Bei reversiblen Kräften würden mechanische Vorgänge, einmal rückwärts durchlaufen, wieder exakt dem ursprünglichen Verlauf entsprechen, wenn Geschwindigkeiten und Impulse entsprechend negiert werden.

In der Quantenmechanik ist T antiunitär; es umfasst komplexe Konjugation und beeinflusst Spinzustände anders als in der klassischen Welt. Das CPT-Theorem verbindet T-Verletzungen mit CP-Verletzungen. Experimente haben direkte T-Verletzungen beobachtet, etwa im B-Meson-System (BaBar, 2012).

Der Zeitpfeil wird häufig durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik geprägt: Die Entropie nimmt in abgeschlossenen Systemen zu, was eine makroskopische Irreversibilität erzeugt, obwohl die mikroskopischen Grundgesetze zeitinvertierbar sein können. Dies wirft Loschmidt-Paradoxien auf und mündet in Debatten über den Ursprung des Zeitpfeils.

In der Relativitätstheorie können geschlossene zeitartige Kurven (CTCs) in bestimmten Lösungen der Feldgleichungen auftreten. Solche Konstrukte ermöglichen theoretisch Zeitreisen, doch die Physik diskutiert Mechanismen wie die Chronology-Protection-Conjecture, die solche Kurven wahrscheinlich verhindert.

Philosophisch wird diskutiert, ob Zeit wirklich reversibel ist oder ob der Zeitpfeil eine fundamentale Eigenschaft der Natur bleibt. Zeitumkehr dient so als Thema sowohl in der theoretischen Physik als auch in der Wissenschaftskommunikation.