Unwahrscheinlich, Sauerstoff (und Stickstoff, der ja den Großteil der Luft ausmacht) hat zwar tatsächlich einen größeren kinetischen Durchmesser, das spielt meiner Einschätzung nach aber nur eine Rolle bei semipermeablen Membranen (mit Mikroporen) eine Rolle, die Flasche (PET?) ist ja aber eher eine einheitliche Wand.
Die Löslichkeit spielt bei sowas wohl eher eine größere Rolle (polar, unpolar), Aceton lagert sich ja so gut in manche Kunststoffarten, dass die aufgeweicht oder sogar aufgelöst werden, obwohl das so ein viel größeres Molekül ist.
In dem Hinblick würde der unpolare Sauerstoff (und Stickstoff) sich wohl deutlich besser mit dem unpolaren Kunststoff verstehen.
Find ich eine gute Idee, dass das Wasser entlang eines Konzentrationsgradienten nach außen „getrieben“ wird. Allerdings entsteht so ein Druckgradient im oberen, luftgefüllten Bereich der Flasche, den es auszugleichen gäbe. Oder dieser Zustand ist der Gleichgewichtszustand, der sich durch die größere Kraft des Konzentrationsgradienten einstellt.
Da stellt sich natürlich die Frage, warum der Innendruck sich verringern würde? Dass die Flasche nicht dicht ist, heißt ja nicht nur, dass Substanzen entweichen können, sondern auch wieder reinkommen können.
Die Luft die noch oben in der Flasche ist ja allerdings schon, die dehnt sich ja allerdings auch aus bei höherer Temperatur (noch mehr sogar als Wasser) und erhöht den Druck, vielleicht ein weiterer Grund.
Meine Frage: ist (oder war) das Wasser mal Kohlensäurehaltig? Das wär wahrscheinlich der eheste Übeltäter.
Edit:
Ich hab eine Dissertation gefunden, die das unterstützt (und Teile von dem, was ich oben geschrieben hab, widerlegt):
2.1.2 Einflussfaktoren der Permeation
Polymere Packstoffe bestehen aus einem Netzwerk makromolekularer Verbindungen mit Zwischenräumen. Thermisch angeregte Kettenbewegungen verursachen Hohlräume, die vom diffundierenden Material belegt und durchdrungen werden können. […] Die Permeation durch Polymere hängt also von einer Reihe von Faktoren ab [11]:[…]
- Wechselwirkung zwischen Gas und Polymer:
Die Größe und die Form des Gasmoleküls haben maßgeblichen Einfluss auf die Diffusion, während die Löslichkeit vor allem von der Polarität und dem Kondensationsvermögen beeinflusst werden. Es ist naheliegend, dass sich die Größe des Gasmoleküls auf die Permeation auswirkt: je kleiner das Molekül, desto höher der Diffusionskoeffizient. Für die nichtkondensierbaren Gase Stickstoff und Sauerstoff ist das Verhältnis der Permeationskoeffizienten in verschiedenen Polymeren relativ konstant.[…]
Anders ist es bei kondensierbaren Gasen, wie Wasserdampf oder Kohlendioxid, bei denen die kritische Temperatur oberhalb der Messtemperatur liegt. So ist es auch zu erklären, dass das CO2-Molekül, das größer als das N2- oder O2-Molekül ist, höhere Permeationskoeffizienten hat als die beiden anderen Gas-Moleküle. Tatsächlich ist in PET bei 25 °C der CO2-Diffusionskoeffizient etwa um den Faktor 5 kleiner als der Diffusionskoeffizient von O2. Jedoch ist der CO2-Löslichkeitskoeffizient etwa um den Faktor 30 größer [114, 115].
Polare Gruppen im Polymer beeinflussen ebenfalls die Wechselwirkung zwischen Gas und Polymer. Unpolare Gase, wie Sauerstoff oder Stickstoff lösen sich besser in unpolaren, hydrophoben Polymeren wie PE oder PP […]. Andererseits bilden Polymere mit polaren Gruppen (PET) eine gute Barriere gegenüber Sauerstoff und Stickstoff.
tl;dr:
O2 und N2 sind zwar kleiner als CO2, können deswegen durch das (vermeindliche) PET diffundieren (die Hohlräume nutzen), CO2 löst sich durch die ähnliche Polarität im PET selbst und kommt so schneller hindurch.
Edit2: Quelle vergessen
Edit3:
Nachdem ich etwas darüber nachgedacht habe, fiel mir auf, dass selbst bei CO2-Verlust das keinen Volumenverlust des Flascheninhaltes zur Folge hätte.
Es ist und bleibt wohl einfach ein Rätsel.
Vielleicht wurde die Flasche durch einen Fabrikfehler so abgefüllt und verkauft und niemand hat sie getrunken weil man immer gesagt hat „huehue guck mal wie lustig die Flasche aussieht“. 
Gehört wohl nicht zu deren Powerhouse Sachen.
