«DAS DING WAR unheimlich schwer», daran erinnert sich Joseph Hafele genau, «als wir es ins Flugzeug schleppten, hing es schief zwischen uns, und ich bekam mehr Gewicht ab.»

Sechzig Kilo wogen die Atomuhren, die Richard Keating vom US Naval Observatory und Joseph Hafele von der University of Washington am 4. Oktober 1971 abends um halb acht in der Boeing 747 anschnallten. Gross wie Schubladenstöcke, brauchten sie zwei eigene Sitze – und damit auch eigene Flugscheine, die auf den Namen Mr. Clock ausgestellt worden waren.

«Das Ticket der Uhr war 200 Dollar billiger als unseres – schliesslich ass die Atomuhr nichts während des Flugs», erzählt Hafele, der sich auf der Reise den Ausdruck Atomuhr abgewöhnte. «Bei einer Zwischenlandung in Istanbul fragten mich Journalisten, was dieses Experiment mit der Atombombe zu tun hätte.» Und auch die Passagiere im Flugzeug wichen zurück, als der Physiker ihnen wohlmeinend erklärte, der Kasten auf dem Nebensitz sei eine Atomuhr. «Wir nannten sie dann nur noch Cäsium-Uhr.»

Ein anderer Passagier schaute auf die Anzeige der Cäsium-Uhr, dann auf seine Armbanduhr und sagte: «Ihre Uhr geht ein bisschen vor.» Der Mann konnte nicht wissen, dass er eine der genausten Uhren der Welt vor sich hatte. Nur mit einer solchen Uhr liess sich die sonderbare Voraussage überprüfen, die ein technischer Experte III. Klasse des Berner Patentamtes 1905 gemacht hatte.

Albert Einstein stellte damals, gerade 26 Jahre alt, mit einem zweiseitigen Artikel die Physik auf den Kopf. Unter dem unauffälligen Titel «Über die Elektrodynamik bewegter Körper» formulierte er zum ersten Mal, was später als spezielle Relativitätstheorie ein neues Weltbild formte. Einstein schaffte darin unter anderem die absolute Zeit ab. Zeit vergehe nicht an jedem Ort gleich schnell, sondern sei von der Geschwindigkeit abhängig. Wer sich schnell bewege, für den vergehe die Zeit langsamer. Einstein dachte dabei nicht etwa an das individuelle Zeitempfinden, sondern an die Zeit als physikalische Grösse. Wer sich mit hoher Geschwindigkeit bewege, bei dem ticken die Uhren langsamer, kocht das Wasser später, dauert eine Schachpartie länger. Von all dem merkt er nichts, weil auch für ihn selbst die Zeit langsamer vergeht: Er altert weniger schnell. Ein Zwilling, der eine Reise mit einer Rakete unternimmt, würde den Effekt bemerken, wenn er nach der Rückkehr seinen Bruder wieder trifft: Obwohl am gleichen Tag geboren, wäre der jetzt plötzlich älter.

Das war sowohl für Laien als auch für Fachleute absurd. Einsteins Theorie liess sich durch keine Erfahrung im Alltag belegen. Doch das war keine Überraschung. Um den Effekt zu messen, musste man entweder mit einer sehr hohen Geschwindigkeit unterwegs sein, nahe an der Lichtgeschwindigkeit von 300 000 Kilometern pro Sekunde, oder über eine sehr genaue Uhr verfügen.

Als die amerikanischen Fluggesellschaften Anfang der 1970er Jahre Reisen um die Welt anboten, fragte sich Joseph Hafele, ob man nicht einfach eine Uhr an Bord des Flugzeuges nehmen konnte, um den Effekt zu messen. Man würde sie vor dem Flug ganz einfach mit einer Uhr, die auf dem Boden zurückblieb, synchronisieren, flog um die Erde und müsste dann, wenn Einstein recht hatte, eine Zeitdifferenz sehen: Die Uhr, die sich schneller bewegt hatte, müsste nachgehen.

Hafele berechnete, dass diese Zeitdifferenz einige Milliardstel Sekunden betragen musste. Als er an einem Physikerkongress einen Vortrag über seine Idee hielt, sass Richard Keating von der Time Service Division des US Naval Observatory in Washington im Publikum. Diese Abteilung der amerikanischen Armee war damals die Hüterin der genauen Zeit für die «freie Welt». Die exakte Zeit zu haben, war vor allem in der Funknavigation wichtig. Keating war selbst oft mit einer tragbaren Atomuhr im Flugzeug unterwegs, um Atomuhren an anderen Orten in der Welt zu synchronisieren.

Keating sah sofort, dass eine solche Uhr die von Hafele berechnete Zeitdifferenz messen konnte, und begann mit ihm, die Reise um die Welt zu planen. Er selbst zweifelte allerdings daran, dass man etwas sehen würde: «Ich vertraue diesen Professoren nicht, die etwas an die Wandtafel kritzeln und behaupten, sie wüssten alles. Ich habe zu viele Messungen gemacht, die nicht so herauskamen, wie sie vorausgesagt worden waren.»

Hafele und Keating flogen zuerst in östlicher und vier Tage später in westlicher Richtung um die Welt. Die erste Reise führte in 65 Stunden von Washington DC nach London und von dort über Frankfurt, Istanbul, Beirut, Teheran, Delhi, Bangkok, Hongkong, Tokio, Honolulu, Los Angeles und Dallas wieder nach Washington.

Die Reise war beschwerlich. Nicht nur, weil die Physiker die schwere Uhr – eigentlich waren es zwei zusammengebaute Uhren, was die Messung genauer machte – immer wieder tragen mussten. Sie konnten auch kaum schlafen, weil die fragilen Instrumente ständig überwacht werden mussten. Auch die Stromzufuhr durfte nur kurz unterbrochen werden, weil die Batterien nur eine halbe Stunde hielten. Hinzu kam, dass Keating wegen einer falschen Verdrahtung im Gerät die Erdung durchschneiden musste, worauf das Gehäuse unter Strom stand und ihnen regelmässig Schläge austeilte.

Nach den Flügen füllte Hafele die gesammelten Daten in Einsteins Gleichung und sagte voraus, dass die Uhr im Flugzeug nach der Reise in östliche Richtung zwischen 17 und 63 Milliardstel Sekunden nachgehen sollte. Sie ging 59 Milliardstel Sekunden nach. Weil die Uhr, die in Washington blieb, sich mit der Erde mitdrehte, war es bei der Reise westwärts umgekehrt: Jetzt verging in Washington die Zeit langsamer als im Flugzeug, 273 Milliardstel Sekunden. Das scheint im ersten Moment seltsam, schliesslich bewegte sich die Uhr im Flugzeug ja auch in diesem Fall schneller als die Uhr am Boden. Doch von aussen betrachtet, sieht die Sache anders aus: Jetzt bewegt sich die Uhr am Boden mit der Erde schneller als das Flugzeug.

Zum Ärger einiger Physiker, die das Experiment für überflüssig hielten, erzeugte der Flug der Atomuhr ein grosses Medienecho. Tatsächlich war die spezielle Relativitätstheorie bereits mehrmals experimentell bestätigt worden. Das erste Mal schon 1938. Doch die früheren Versuche massen die Veränderung der Zerfallzeiten von Elementarteilchen, die auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt worden waren. Für Laien waren sie nicht sehr anschaulich. Da war die Uhr, die Keating und Hafele im Handgepäck hatten, einiges handfester. «Irgendwann habe ich mich entschieden, dass ich dieses Experiment für die Leute gemacht habe, nicht für die Experten», sagt Hafele.

«Wenn Sie also länger leben möchten, könnten Sie einfach ostwärts fliegen», schrieb der bekannte Physiker Stephen Hawking, warnt jedoch vor übertriebenen Hoffnungen: «Der winzige Bruchteil einer Sekunde, den Sie gewännen, würde durch den Verzehr der Flugzeugverpflegung mehr als aufgewogen.»