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双生子佯谬是爱因斯坦相对论中最著名的思想实验之一。设想有一对双胞胎兄弟，哥哥留在地球上过着正常的生活，而弟弟则乘坐高速飞船进行长途太空旅行。经过多年后，弟弟返回地球与哥哥重聚。这时会发现一个令人困惑的现象：两人的年龄出现了差异。这个看似矛盾的结果引发了关于时间本质的深刻思考。
狭义相对论揭示了时间的相对性。根据爱因斯坦的理论，当物体以高速运动时，其时间流逝会变慢，这就是时间膨胀效应。时间膨胀的程度由洛伦兹因子决定，公式为t'等于t除以根号下1减去v平方除以c平方。当速度接近光速时，洛伦兹因子急剧增大，时间膨胀效应变得非常显著。这意味着高速运动的时钟相对于静止观察者会走得更慢。
这里出现了一个看似矛盾的问题。根据相对性原理，运动是相对的。从地球上观察，飞船在高速运动，因此飞船上的时钟应该变慢。但是从飞船上观察，地球也在高速运动，那么地球上的时钟也应该变慢。这就产生了对称性困惑：到底谁的时钟真正变慢了？这个矛盾正是双生子佯谬的核心所在。
解决双生子佯谬的关键在于认识到加速度的作用。虽然运动是相对的，但加速度不是。太空中的双胞胎在整个旅程中经历了多次加速过程：起飞时的加速、到达目的地时的减速、转向时的加速、返回时的加速，以及着陆时的减速。而地球上的双胞胎始终处在惯性参考系中。正是这些非惯性运动打破了表面上的对称性，使得太空双胞胎的时钟确实比地球双胞胎的时钟走得慢。
让我们通过一个具体的数值计算来验证理论预测。假设太空双胞胎乘坐飞船以0.8倍光速进行为期10年的太空旅行。根据时间膨胀公式，洛伦兹因子γ等于1除以根号下1减去v平方除以c平方，计算得出γ约等于1.67。这意味着飞船上的时间流逝比地球慢1.67倍。因此，当地球上过去10年时，飞船上只过去了6年。最终结果是太空双胞胎比地球双胞胎年轻4岁。