双生佯谬

“双生子佯缪”：一对孪生子女，亚当和伊芙，当其中一个离开地球作星际旅行（速度接近光速)时，两者的年龄会发生什么样的变化？假设伊芙乘坐宇宙飞船离开地球去访问外星球，然后在某个时间返回，那么伊芙的年纪将比亚当轻呢，还是老呢，还是一样？

一种观点认为，当伊芙返回地球时，她将比她的孪生兄弟年轻。原因是伊芙不是在所有的时间里都停留在同一个惯性坐标系中。 假设亚当和伊芙每人都有一块计时精确的手表，在伊芙离开地球的瞬间，将两块手表调较到同一时刻（同步）。当伊芙返回地球时，亚当的手表显示流逝的时间是 t1，而伊芙的手表显示 t2，而且t2小于t1。因此，当这对孪生儿在伊芙的星际旅行后重逢时，伊芙比亚当年轻。

然而，难道不能将以上的讨论反过来说吗？你可以说按照运动的相对性，假设以伊芙作为静止参照系，她在宇宙飞船处于休眠状态，而亚当以同样的速度向相反的方向和地球一起做星际旅行。在这种情况下，按照运动的相对性，在他们重逢时亚当比伊芙年轻。

如果两种情况都成立的话，亚当将同时比伊芙年轻和年老。但是，第二种讨论是不正确的。事实上，亚当一直在地球上保持常规运动状态，也就是说，他在任何时候都处于相同的惯性坐标系中。而如上所述，伊芙则不是。当伊芙的宇宙飞船加速或者减速时，伊芙将会感觉到不同的作用力，而亚当感觉不到。

爱因斯坦的解释是，在近光速旅行时，宇宙飞船上的时间变慢了（时间延缓效应，也叫“动钟变慢”），从而让伊芙保持了年轻。

史蒂芬·霍金在他的科普名著《时间简史》第二章中也指出，只是对于头脑中仍有绝对时间观念的人而言，“双生子佯缪”才是悖论。在相对论中并没有一个唯一的绝对时间，相反地，每个人都有他自己的时间测度，这依赖于他在何处并如何运动。

“双生子佯谬”这个问题的关键是周游天外的伊芙需要回到出发点和亚当团聚。倘若伊芙的飞船仅仅作匀速直线运动，是办不到这一点的。伊芙的飞行路线必然是有来有去，或是转一个圈子。在亚当看来，伊芙是在作变速运动；当然，在伊芙看来，亚当相对于她也在作变速运动。按照“动钟变慢”理论，亚当看伊芙的钟变慢、和伊芙看亚当的钟变慢这种对称性，只有当亚当和伊芙之间的相对运动是匀速直线运动时才能保持。一旦出现了变速的相对运动，就不能使用这个对称性了。

进一步说，如果亚当留在地球上，他相对于大量宇宙天体并没有作变速运动，在亚当看来，只有伊芙在作变速运动。在伊芙看来，情况与亚当大大不同，她不但看到亚当在作变速运动，而且周围星际空间都在作变速运动。这是明显的不对称。

那么，到底谁年轻呢？ 谁相对于周围星际空间作更多的变速运动，谁就会活得更长久。因此，在时间旅行之后返航的伊芙，比亚当年轻。

有趣的是，伊芙的飞船在近光速飞行时需要消耗巨大的能量，这意味着要保持年轻，需要付出非同寻常的代价。