一对孪生子，一个留在地球上，一个乘宇宙飞船以接近光速的速度在空间飞行。当他们再见面时，一个已经白发苍苍，而另一个则依然一头青丝。这怎么可能呢？这就是著名的“孪生子佯谬”。
孪生子佯谬
有一个故事讲一对亲兄弟，哥哥28岁，弟弟25岁。一天，哥哥的身上突然长出翅膀，于是他从窗口飞了出去，飘飘悠悠不知去向。哥哥在宇宙空间飞了一年以后回到家中。当他见到弟弟时，吃惊地说：“怎么了，才1年时间，你的变化就这么大？”弟弟也很惊讶：“才1年？5年了！我今年都30岁了。”哥哥才走了1年，25岁的弟弟怎么就变成30岁了呢？
要回答这个问题，需要从1905年爱因斯坦发表的文章《论动体的电动力学》说起。在这篇文章中，爱因斯坦运用光速不变原理和运动的相对性原理得出了两个著名的结论：运动物体上的尺子缩短；运动物体上的时钟变慢。这就是狭义相对论。
根据狭义相对论，经过简单计算可以得出，哥哥相对于地球的飞行速度如果为0.98光速（光速是光线在1秒钟内运行的距离，1光速等于30万千米/秒），哥哥飞行1年，地球上就过去5年。28岁的哥哥飞行1年回到家是29岁，而25岁的弟弟在地球上过了5年就是30岁，这样弟弟不是就比哥哥大1岁了吗？
显然，这个故事并未发生过。尽管它是由狭义相对论公式推出来的，与科学逻辑相吻合，但却与我们的现实生活大相径庭。像这样符合科学逻辑、但与生活常识相悖的结论就叫做“佯谬”。在这个故事中，兄弟俩相差3岁，如果他们是孪生兄弟，那么上述佯谬就是“孪生子佯谬”了。
在“孪生子佯谬”的形成过程中，孪生子之间相对的运动速度是关键的物理量。如果两个孪生子之间没有相对运动，那么他们之间就没有相对论效应，也就不会产生佯谬；而如果他们之间相对运动的速度很大，大到接近光速，那么他们之间就有明显的相对论效应，佯谬也就明显得多。计算表明，当两个孪生子之间的相对速度等于0.1光速时，在运动后见面时两人的年龄相差无几；当他们之间的相对速度等于0.5 光速时，见面时速度慢的孪生子的年龄将是速度快的孪生子的1.15倍；而当两人之间的相对速度等于0.999 光速时，见面时速度慢的孪生子的年龄则是速度快的孪生子的22.4倍。
我们在日常生活中见到的运动都是物体相对于地球的运动，这种运动的速度不大，相对论效应小到可以忽略不计，所以我们在日常生活中不考虑相对论效应，也见不到佯谬。而在物体以接近光速的速度相对于地球运动时，相对论效应就很明显。在航天工程中，飞行器的飞行速度一般都比较大，因此在航天工程中需要考虑相对论效应。
我国的探月工程（简称“嫦娥工程”）明年就要实施了。探月飞行将是一次距离较长的飞行，飞船的速度也会比一般飞行器的速度快得多。因此，利用“嫦娥工程”进行相对论效应实验是很有意义的。如果你有两只完全相同的时钟，一只放在“嫦娥工程”的飞船上，另一只放在酒泉卫星发射中心的大厅里，在飞船起飞前将两只钟的指针调到相同时间，那么，在“嫦娥工程”结束，飞船回到酒泉卫星发射中心时，你就会发现，两只时钟的钟面时间将不同——飞船上的时钟走得慢，大厅里的时钟走得快。这两只时钟的时间差就是狭义相对论效应。飞船飞行的速度越大，两只钟的时间差异也就越大。
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