Ein Universum aus Nichts - ... und warum da trotzdem etwas ist

die Frage: Wie kann die Energiedichte in einem expandierenden Universum mit einer kosmologischen Konstante oder der Energie eines falschen Vakuums konstant bleiben? In einem solchen Universum dehnt sich der Raum schließlich exponentiell aus – wenn also die Energiedichte gleich bleibt, nimmt die Gesamtenergie in jeder Region mit dem Volumen dieser Region zu. Was passiert dabei mit der Energieerhaltung?
    Das ist ein Beispiel für etwas, für das Guth die Bezeichnung ultimative »Gratismahlzeit« geprägt hat. Bezieht man beim Nachdenken über das Universum die Effekte der Gravitation ein, ist es – erstaunlicherweise – zulässig, sowohl »negative« als auch »positive« Energie anzunehmen. Diese Facette der Gravitation erlaubt es, den Stoff mit positiver Energie (wie Materie und Strahlung) durch Konfigurationen negativer Energie zu ergänzen, die jene des entstandenen Stoffs mit positiver Energie genau aufwiegen. Somit kann die Gravitation mit einem leeren Universum beginnen – um schließlich in einem vollen Universum aufzugehen.
    Auch das hört sich wohl irgendwie verdächtig an – in Wahrheit ist es jedoch ein zentraler Bestandteil der echten Faszination, die ein flaches Universum auf viele von uns ausübt. Außerdem dürften viele damit vertraut sein – aus der Oberschulphysik.
    Stellen wir uns vor, wir würden einen Ball in die Luft werfen. In der Regel kommt er wieder herunter. Im nächsten Anlauf werfen wir ihn kräftiger (unter der Annahme, dass wir uns nicht im Haus befinden). Der Ball wird höher hinauffliegen und vor der Rückkehr länger in der Luft bleiben. Werfen wir ihn schließlich hinreichend kräftig in die Höhe, wird er überhaupt nicht mehr zurückfallen. Er wird dem Schwerefeld der Erde entkommen und weiter in den Kosmos hinausfliegen.
    Wie können wir herausfinden, wann der Ball entkommt? Wir verwenden eine simple Art der Energiebilanz. Ein Objekt, das sich im Schwerefeld der Erde bewegt, besitzt zwei Arten von Energie. Die eine heißt nach dem griechischen Wort für Bewegung kinetische Energie . Sie hängt von der Geschwindigkeit des Objekts ab und ist immer positiv. Die andere Komponente namens potenzielle Energie (das hat mit ihrem Potenzial zu tun, Arbeit zu verrichten) ist gewöhnlich negativ.
    Negativ ist sie, weil wir die gesamte schwerkraftbedingte Energie eines unendlich weit von jedem anderen Objekt entfernten, in Ruhe befindlichen Objekts als null definieren. Das erscheint vernünftig. Die kinetische Energie ist eindeutig gleich null, und die potenzielle Energie an diesem Punkt legen wir als null fest – die schwerkraftbedingte Gesamtenergie beträgt null.
    Falls das Objekt sich nun nicht unendlich weit von allen anderen Objekten entfernt, sondern sich in der Nähe eines Objekts wie etwa der Erde befindet, beginnt es darauf zu zu fallen, weil es durch die Schwerkraft angezogen wird. Im Fallen wird es schneller, und wenn es unterwegs mit etwas zusammenstößt, sagen wir mit einem Kopf, kann es Arbeit verrichten und ihn vielleicht spalten. Je näher es sich anfangs an der Erdoberfläche befand, desto weniger Arbeit kann es beim Aufprall auf die Erdoberfläche verrichten. Demnach vermindert sich die potenzielle Energie, wenn man sich der Erde nähert. Wenn aber die potenzielle Energie bei einem unendlich weit von der Erde entfernten Objekt gleich null ist, muss sie bei der Annäherung an die Erde immer negativer werden, weil ihr Potenzial, Arbeit zu verrichten, dabei kleiner wird.
    In der hier definierten klassischen Mechanik ist die potenzielle Energie beliebig festzulegen. Ich hätte die potenzielle Energie eines Objekts an der Erdoberfläche als null bestimmen können – in unendlicher Entfernung ergäbe das dann irgendeinen großen Betrag. Physikalisch ergibt es einen Sinn, die Gesamtenergie in unendlicher Entfernung auf null zu setzen, doch zumindest an dieser Stelle unserer Erörterung ist das bloß eine Übereinkunft.
    Doch wo immer man den Nullpunkt potenzieller Energie auch festlegen mag – Objekte, die allein der Kraft der Gravitation unterliegen, haben den wunderbaren Vorzug, dass die Summe ihrer potenziellen und kinetischen Energie konstant bleibt. Bei fallenden Objekten wird die potenzielle Energie in die kinetische Energie der Bewegung umgewandelt; prallen sie vom Boden zurück, wird die kinetische wieder zur potenziellen Energie