雙生子佯謬是一個有關狹義相對論的思想實驗。
內容是這樣的：有一對雙生兄弟，其中一個跨上一宇宙飛船作接近光速的長程太空旅行，而另一個則留在地球。結果當旅行者回到地球后，我們發現他比他留在地球的兄弟更年輕。這個結果是由狹義相對論所推測出的（移動時鐘的時間膨脹現象），而且是能夠透過實驗來驗證：我們能夠探測到於大氣層上層產生的μ介子。如果沒有時間膨脹，那些μ介子在到達地面之前就已經衰變了。
設想有兩個孿生兄弟甲和乙，甲乘飛船作太空旅行，乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飛船在極短的時間內加速到速度v（速度v接近光速c）。然後飛船以速度v作勻速直線飛行，飛船飛行很長一段時間後，迅速調頭並繼續以速度v作勻速直線飛行。回到地面時緊急減速、降落，並與一直在地面上的乙會合。
甲只在啟動、調頭、減速降落的三段時間內有加速度，其餘的絕大部分時間都在作勻速直線飛行，處於狹義相對論適用的慣性系。太空飛行期間所度過的時間。則當甲作高速太空旅行，返回時會發現乙比甲變老了。 如果飛船速度非常接近光速c，相對論效應就會非常明顯，如若v = 0.9999c ，則T=70.71τ。即如在這一對孿生兄弟20歲時，甲乘飛船作太空飛行，甲認為飛行時間只有一年，在其返回地面時，甲只有21歲，但他卻發現乙卻成了90多歲的老人了，亦即乙比甲年老了許多。
但是，以上情形還可以換另一個角度來考察。即對於乘坐太空飛船的甲來說，甲在飛船上靜止不動，甲看到乙在極短的時間內朝相反的方向加速到速度v，然後乙以速度v作勻速直線飛行，乙飛行很長一段時間後，迅速調頭並繼續以速度v作勻速直線飛行，在與甲會合時緊急減速。在甲看來，乙只在啟動、調頭、減速的三段時間內有加速度，其餘的絕大部分時間都在作勻速直線飛行、亦處於狹義相對論適用的慣性系。
因此，在甲看來，如果略去乙啟動、調頭、減速這三段時間（因這三段時間相對很短），在乙離開飛船期間，乙所度過的時間τ與甲所度過的時間T也應存在前述關係（狹義相對論一般將相對於靜止系統作勻速直線運動的系統內靜止的鐘所走過的時間記為τ，稱為該系統的原時） 這樣，在甲乙會面時，甲比乙變老了。即如乙作勻速直線飛行的速度為v = 0.9999c ，在乙飛離甲一年後與甲會面時，乙只有21歲，但他卻發現甲卻成了90多歲的老人了，亦即甲比乙年老了許多。
可見，從不同的角度分析其結論是不同的，而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了許多還是甲比乙年老了許多？還是兩者都錯了，二人應該一樣年輕？這個命題就叫做“雙生子佯謬”。
解釋
由於地球可近似為慣性系，甲要經歷加速與減速過程，是變加速運動參考系，真正討論起來非常複雜，因此這個愛因斯坦早已討論清楚的問題，被許多人誤認為相對論是自相矛盾的理論。如果用時空圖和世界線的概念討論此問題就簡便多了，只是要用到許多數學知識和公式。
在此只是用語言來描述一種最簡單的情形。不過只用語言無法更詳細說明細節，有興趣的請參考一些相對論書籍。我們的結論是，無論在哪個參考系中，甲都比乙年輕。因為甲是經過加速的，你看剛開始在地球上，於乙的相對速度為0，而後來速度接近光速了（注意是接近）。很明顯是變速運動了，所以這樣一來就不能說是 “認為甲看乙在運動，乙看甲也在運動，為什麼不能是乙比甲年輕呢？”這句話根本就是對相對論錯誤的理解。而且甲的年輕是相對於乙的，對於他本人來說是不存在多活多少時間這麼一說的。
為使問題簡化，只討論這種情形，火箭經過極短時間加速到亞光速，飛行一段時間後，用極短時間調頭，又飛行一段時間，用極短時間減速與地球相遇。這樣處理的目的是略去加速和減速造成的影響。在地球參考系中很好討論，火箭始終是動鍾，重逢時甲比乙年輕。在火箭參考系內，地球在勻速過程中是動鍾，時間程序比火箭內慢，但最關鍵的地方是火箭掉頭的過程。
在掉頭過程中，地球由火箭後方很遠的地方經過極短的時間劃過半個圓周，到達火箭的前方很遠的地方。這是一個"超光速"過程。只是這種超光速與相對論並不矛盾，這種"超光速"並不能傳遞任何資訊，不是真正意義上的超光速。如果沒有這個掉頭過程，火箭與地球就不能相遇，由於不同的參考系沒有統一的時間，因此無法比較他們的年齡，只有在他們相遇時才可以比較。
火箭掉頭後，甲不能直接接受乙的資訊，因為資訊傳遞需要時間。甲看到的實際過程是在掉頭過程中，地球的時間進度猛地加快了。在甲看來，乙先是比甲年輕，接著在掉頭時迅速衰老，返航時，乙又比自己衰老的慢了。重逢時，自己仍比乙年輕。也就是說，相對論不存在邏輯上的矛盾。
推導時間膨脹效應時，一個方便的方法是將測量長度垂直於運動方向，從而將時間膨脹效應孤立起來，避免尺度收縮效應的干擾。推導過程可參見張三慧《大學物理》第二版第一冊227-230頁。
到目前為止，我們都是在基於光速不變這樣一個前提下討論問題的。光速不變假設是愛因斯坦從邁克爾遜-莫雷實驗的否定結果中得出的推論。在上面的討論中，運動物體的速度V是這樣得到的，在AB兩地分別放置兩個校準好的時鐘，AB兩地之間的距離為L。在A點記錄物體出發的時刻，在B點記錄物體到達的時刻，用兩地之間的距離L除以兩地所記錄的時間差，就得到了運動物體的速度，這樣計算的結果與兩地之間的距離無關。當然還可以用另一種方法，在A點記錄物體發出的時刻，在物體經過B點返回到A點時，記錄物體到達的時刻，用兩倍的距離L除以在A點記錄的時間差，就得到運動物體的速度。這兩種演算法的結果是一樣的。如果從A點來觀察運動的物體在一去一回時速度是否是一樣呢？用我們上面所得到的時間膨脹和時間收縮效應的結論，我們可以得出，物體在離開A點後，速度是變慢的，而當物體從B點返回時，速度又是變快的，當然這是從A點觀察所得到的結果。
狹義相對論還存在另外一種效應即尺縮效應。可以採用同樣的方法，證明運動物體的長度隨觀察者與運動物體之間的距離的減少，還存在長度伸長的效應。透過以上討論，我們清楚了，同時性是相對的還是絕對的取決於觀察時間的方法，離開這一點強調同時性是相對的還是絕對的是沒有意義的。即使按照同時性是相對的觀點，時間除了膨脹效應外，還應有收縮的效應，所以說雙生子佯謬本身是不存在的。
雙生子佯謬是一個有關狹義相對論的思想實驗。
內容是這樣的：有一對雙生兄弟，其中一個跨上一宇宙飛船作接近光速的長程太空旅行，而另一個則留在地球。結果當旅行者回到地球后，我們發現他比他留在地球的兄弟更年輕。這個結果是由狹義相對論所推測出的（移動時鐘的時間膨脹現象），而且是能夠透過實驗來驗證：我們能夠探測到於大氣層上層產生的μ介子。如果沒有時間膨脹，那些μ介子在到達地面之前就已經衰變了。
設想有兩個孿生兄弟甲和乙，甲乘飛船作太空旅行，乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飛船在極短的時間內加速到速度v（速度v接近光速c）。然後飛船以速度v作勻速直線飛行，飛船飛行很長一段時間後，迅速調頭並繼續以速度v作勻速直線飛行。回到地面時緊急減速、降落，並與一直在地面上的乙會合。
甲只在啟動、調頭、減速降落的三段時間內有加速度，其餘的絕大部分時間都在作勻速直線飛行，處於狹義相對論適用的慣性系。太空飛行期間所度過的時間。則當甲作高速太空旅行，返回時會發現乙比甲變老了。 如果飛船速度非常接近光速c，相對論效應就會非常明顯，如若v = 0.9999c ，則T=70.71τ。即如在這一對孿生兄弟20歲時，甲乘飛船作太空飛行，甲認為飛行時間只有一年，在其返回地面時，甲只有21歲，但他卻發現乙卻成了90多歲的老人了，亦即乙比甲年老了許多。
但是，以上情形還可以換另一個角度來考察。即對於乘坐太空飛船的甲來說，甲在飛船上靜止不動，甲看到乙在極短的時間內朝相反的方向加速到速度v，然後乙以速度v作勻速直線飛行，乙飛行很長一段時間後，迅速調頭並繼續以速度v作勻速直線飛行，在與甲會合時緊急減速。在甲看來，乙只在啟動、調頭、減速的三段時間內有加速度，其餘的絕大部分時間都在作勻速直線飛行、亦處於狹義相對論適用的慣性系。
因此，在甲看來，如果略去乙啟動、調頭、減速這三段時間（因這三段時間相對很短），在乙離開飛船期間，乙所度過的時間τ與甲所度過的時間T也應存在前述關係（狹義相對論一般將相對於靜止系統作勻速直線運動的系統內靜止的鐘所走過的時間記為τ，稱為該系統的原時） 這樣，在甲乙會面時，甲比乙變老了。即如乙作勻速直線飛行的速度為v = 0.9999c ，在乙飛離甲一年後與甲會面時，乙只有21歲，但他卻發現甲卻成了90多歲的老人了，亦即甲比乙年老了許多。
可見，從不同的角度分析其結論是不同的，而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了許多還是甲比乙年老了許多？還是兩者都錯了，二人應該一樣年輕？這個命題就叫做“雙生子佯謬”。
解釋
由於地球可近似為慣性系，甲要經歷加速與減速過程，是變加速運動參考系，真正討論起來非常複雜，因此這個愛因斯坦早已討論清楚的問題，被許多人誤認為相對論是自相矛盾的理論。如果用時空圖和世界線的概念討論此問題就簡便多了，只是要用到許多數學知識和公式。
在此只是用語言來描述一種最簡單的情形。不過只用語言無法更詳細說明細節，有興趣的請參考一些相對論書籍。我們的結論是，無論在哪個參考系中，甲都比乙年輕。因為甲是經過加速的，你看剛開始在地球上，於乙的相對速度為0，而後來速度接近光速了（注意是接近）。很明顯是變速運動了，所以這樣一來就不能說是 “認為甲看乙在運動，乙看甲也在運動，為什麼不能是乙比甲年輕呢？”這句話根本就是對相對論錯誤的理解。而且甲的年輕是相對於乙的，對於他本人來說是不存在多活多少時間這麼一說的。
為使問題簡化，只討論這種情形，火箭經過極短時間加速到亞光速，飛行一段時間後，用極短時間調頭，又飛行一段時間，用極短時間減速與地球相遇。這樣處理的目的是略去加速和減速造成的影響。在地球參考系中很好討論，火箭始終是動鍾，重逢時甲比乙年輕。在火箭參考系內，地球在勻速過程中是動鍾，時間程序比火箭內慢，但最關鍵的地方是火箭掉頭的過程。
在掉頭過程中，地球由火箭後方很遠的地方經過極短的時間劃過半個圓周，到達火箭的前方很遠的地方。這是一個"超光速"過程。只是這種超光速與相對論並不矛盾，這種"超光速"並不能傳遞任何資訊，不是真正意義上的超光速。如果沒有這個掉頭過程，火箭與地球就不能相遇，由於不同的參考系沒有統一的時間，因此無法比較他們的年齡，只有在他們相遇時才可以比較。
火箭掉頭後，甲不能直接接受乙的資訊，因為資訊傳遞需要時間。甲看到的實際過程是在掉頭過程中，地球的時間進度猛地加快了。在甲看來，乙先是比甲年輕，接著在掉頭時迅速衰老，返航時，乙又比自己衰老的慢了。重逢時，自己仍比乙年輕。也就是說，相對論不存在邏輯上的矛盾。
推導時間膨脹效應時，一個方便的方法是將測量長度垂直於運動方向，從而將時間膨脹效應孤立起來，避免尺度收縮效應的干擾。推導過程可參見張三慧《大學物理》第二版第一冊227-230頁。
到目前為止，我們都是在基於光速不變這樣一個前提下討論問題的。光速不變假設是愛因斯坦從邁克爾遜-莫雷實驗的否定結果中得出的推論。在上面的討論中，運動物體的速度V是這樣得到的，在AB兩地分別放置兩個校準好的時鐘，AB兩地之間的距離為L。在A點記錄物體出發的時刻，在B點記錄物體到達的時刻，用兩地之間的距離L除以兩地所記錄的時間差，就得到了運動物體的速度，這樣計算的結果與兩地之間的距離無關。當然還可以用另一種方法，在A點記錄物體發出的時刻，在物體經過B點返回到A點時，記錄物體到達的時刻，用兩倍的距離L除以在A點記錄的時間差，就得到運動物體的速度。這兩種演算法的結果是一樣的。如果從A點來觀察運動的物體在一去一回時速度是否是一樣呢？用我們上面所得到的時間膨脹和時間收縮效應的結論，我們可以得出，物體在離開A點後，速度是變慢的，而當物體從B點返回時，速度又是變快的，當然這是從A點觀察所得到的結果。
狹義相對論還存在另外一種效應即尺縮效應。可以採用同樣的方法，證明運動物體的長度隨觀察者與運動物體之間的距離的減少，還存在長度伸長的效應。透過以上討論，我們清楚了，同時性是相對的還是絕對的取決於觀察時間的方法，離開這一點強調同時性是相對的還是絕對的是沒有意義的。即使按照同時性是相對的觀點，時間除了膨脹效應外，還應有收縮的效應，所以說雙生子佯謬本身是不存在的。