Zeitpfeil

Wir stehen morgens auf, gehen auf die Toilette, nehmen das Frühstück ein und eilen zur Arbeit. Würde man nur eine dieser Handlungen filmen und dann den Film rückwärts laufen lassen, würde dies jeder Zuschauende sofort merken. Im Alltag gibt es nur ganz wenige Vorgänge wie Zähne putzen oder im Kaffee rühren, bei denen wir länger hinsehen müssten, bis wir realisieren, dass der Film rückwärts läuft.

umkehrbare Vorgänge

Alles was um uns geschieht, lässt sich nicht mehr ungeschehen machen. Die am Boden zerbrochene Kaffeetasse wird sich nicht von selbst zusammenfügen und wieder auf den Tisch zurück hüpfen. Sogar beim Zähne Putzen ist der zeitliche Verlauf der Handlung erkennbar. Schliesslich müssen die Zähne nachher sauber sein.

Viele Beispiele, die im Physikunterricht besprochen werden, würden in einem rückwärts laufenden Film nicht viel anders aussehen als in Wirklichkeit. Bei der um die Sonne fallende Erde, beim im Vakuum geworfenen Körper oder beim schwingenden Pendel ist nicht sofort erkennbar, ob der diese Vorgänge zeigende Film vor- oder rückwärts läuft. Im Grenzfall verschwindender Reibung verliert die Zeit ihre Richtung vollends. Reibungsfreie Bewegungen kennen keinen Zeitpfeil.

Zeitinvarianz

Eine physikalische Theorie, die nur Phänomene erklären kann, welche gleichermassen vor- oder rückwärts laufen können, nennt man zeitinvariant. Zeitinvariante Theorien gelten als schön, weil sie eine hohe Symmetrie, eben die Zeitinvarianz, aufweisen.

Mechanik

Die Theorien der klassischen Mechanik basieren alle auf der Impuls- und der Drehimpulsbilanz. Wendet man diese Gesetze auf das Modell des starren Körpers an, erhält man einen Satz von Gleichungen, welche die Bewegung des Körpers beschreiben. Nimmt man die Impulsbilanz, das zugehörige kapazitive Gesetz und die Berechnung des Orts aus der Geschwindigkeit zusammen, erhält man das zweite Newtonsche Axiom, das Grundgesetz der Mechanik

[math]\sum_i \vec F_i+m\vec g=m\ddot{\vec s}[/math]