Ein Universum aus Nichts

Erdoberfläche hochgeworfenen Ball angestellt habe, lässt sich auf jedes Objekt in unserem expandierenden Universum anwenden.
    Stellen wir uns eine kugelförmige Region unseres Universums vor, die sich rund um unseren Aufenthaltsort (in der Milchstraße) erstreckt und so groß ist, dass sie eine Menge Galaxien einschließt, aber klein genug, dass sie noch innerhalb der größten Entfernungen liegt, die wir heute beobachten können.

    Ist diese Region hinreichend, aber nicht zu groß, dann werden sich die Galaxien an ihrem Rand wegen der Hubble-Expansion gleichförmig von uns entfernen. Ihre Geschwindigkeiten werden jedoch weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegen. In diesen Fällen gelten die Gesetze Newtons, und wir können die Wirkungen der Speziellen wie der Allgemeinen Relativität außer Acht lassen. Anders gesagt, jedes Objekt wird von genau der Physik beherrscht, die auch die Bälle und Raketen beschreibt, deren Abflug von der Erde ich mir gerade vorgestellt habe.
    Nehmen wir nun die oben dargestellte Galaxie, die sich vom Zentrum der Anordnung entfernt. Nun können wir uns wie beim Ball auf der Erde fragen, ob die Galaxie imstande sein wird, der Anziehung all der anderen Galaxien innerhalb der Kugel zu entkommen. Und die Kalkulation, mit der wir die Antwort erhalten, entspricht exakt der Berechnung für den Ball. Wir rechnen einfach die gesamte Gravitationsenergie der Galaxie aus 32 und dazu die schwerkraftbedingte Anziehung ihrer Nachbarn (daraus ergibt sich ein negativer Energieanteil). Falls die Gesamtenergie größer ist als null, wird die Galaxie ins Unendliche entschweben, ist sie kleiner als null, wird sie zum Stillstand kommen und schließlich wieder einwärts fallen.
    Wie nun gezeigt werden kann, sind wir bemerkenswerterweise imstande, die einfache Gleichung Newtons für die gesamte Gravitationsenergie so umzuschreiben, dass sie Einsteins Gleichung der Allgemeinen Relativität für ein expandierendes Universum genau wiedergibt. Und der Term, der der gesamten Gravitationsenergie der Galaxie entspricht, wird in der Allgemeinen Relativität zu dem Term, der die Krümmung des Universums beschreibt.
    Und was finden wir dann? In einem flachen Universum – und nur dort – beträgt die Newton’sche Gravitationsenergie für jedes mit der Expansion bewegte Objekt im Durchschnitt insgesamt genau null !
    Das ist es, was ein flaches Universum so besonders erscheinen lässt. In einem solchen Universum wird die positive Bewegungsenergie durch die negative Energie der Schwerkraftanziehung exakt aufgehoben.
    Wenn wir die Angelegenheit nun komplizierter machen, indem wir zulassen, dass der leere Raum Energie besitzt, gilt die Newton’sche Analogie zum hochgeworfenen Ball nicht mehr, doch die Schlussfolgerung bleibt im Wesentlichen gleich. In einem flachen Universum, selbst wenn es eine kleine kosmologische Konstante besitzt, beträgt die mit jedem Objekt verbundene Newton’sche Gravitationsenergie null, sofern der Maßstab so klein ist, dass die Geschwindigkeiten weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegen.
    Mit einer Energie des Vakuums wird Guths »Gratismahlzeit« sogar noch dramatischer. Da jede Region des Universums sich immer mehr vergrößert, wird ihre Geometrie zunehmend flach, weshalb die gesamte Newton’sche Gravitationsenergie von allem, was entsteht, nachdem die Vakuumenergie während der Inflation zu Materie und Strahlung umgewandelt worden ist, genau den Betrag null annimmt.
    Doch man kann nach wie vor fragen, wo all die Energie herkommt, damit die Energiedichte während der Inflation konstant gehalten wird, in der das Universum exponentiell expandiert. Hier greift ein weiterer bemerkenswerter Aspekt der Allgemeinen Relativität: Nicht nur die Gravitationsenergie von Objekten kann negativ sein, auch ihr relativistischer »Druck« kann negativ sein.
    Negativer Druck ist noch schwerer bildlich vorstellbar als negative Energie. Gas, etwa in einem Ballon, übt Druck auf die Ballonhülle aus. Sofern die Ballonhülle dadurch gedehnt wird, verrichtet das Gas Arbeit, worauf das Gas Energie verliert und sich abkühlt. Wie sich aber zeigt, wirkt die Energie des leeren Raums genau deswegen mit einer abstoßenden Gravitationskraft, weil der leere Raum auf diese Weise einen »negativen« Druck erhält. Dieser negative Druck führt dazu, dass das Universum letztlich Arbeit am leeren Raum verrichtet, während es sich ausdehnt. Diese Arbeit geht in die Aufrechterhaltung der konstanten Energiedichte des