双胞胎悖论是狭义相对论(“SR”)中的一个思维实验。通过背景，SR对不同的观察者如何测量两个事件之间的空间分离和时间间隔做了一些古怪的陈述，特别是当这些观察者处于相对运动的时候。
我不会解释这些古怪的预测的公式，但我会给你一个类比。
我们的大脑能够理解3D物体，所以我们在观看这些二维图像的动画集合并将其合成成一个3D概念时没有任何困难。但现在假设，我们不是很自然地这样做。我将展示两个屏幕截图。比较:
用这个:
现在，当严格地把它们看成2D图像时，它们看起来有很大的不同。图1中的淡紫色区域非常小，但在图2中非常大。同样，蓝色区域在图片1中很大，而在图片2中很小。
对于不习惯用2D来描绘3D物体的人来说，这可能看起来非常奇怪，这两个2D图像应该代表同一个物体，但是从不同的角度来看。但对我们来说，这似乎很自然。
现在，如果你真的想说服某人，你可以用数学来描述它。你可以选择一组方便的坐标轴，用它在这组方便的坐标轴上的坐标来描述一个块，然后描述旋转坐标轴如何改变你指定的坐标。不写出实际的公式，粗略地说一个旋转会把旋转平面上的坐标混在一起。
同样的事情也发生在狭义相对论中，但有两点不同:
在SR中引起“不同视角”的是观察者的相对运动;和
时间和空间都有点混乱。它的数学原理与三维空间旋转的工作原理只是略有不同，但它的不同之处足以让不熟悉它的人感到有点奇怪和违反直觉。
其结果之一是，当一个观察者相对于另一个快速移动时，快速移动者的时间流逝似乎变慢了。这就是双胞胎悖论的起源。它是这样的:
从两个年龄差不多的双胞胎开始。他们几乎在一生中都处于相对静止状态。
然后把其中一个送上火箭飞船，非常快，送到很远的地方——比如说一光年。他们一到达目的地，火箭飞船就掉头往回飞，再次以非常非常快的速度飞行。然后到达地球。
到目前为止没有什么矛盾。但这是最难的部分:
从呆在家里的孪生兄弟的角度来看，旅行者的时钟走得很慢。因此，在家的双胞胎应该比回来的双胞胎年龄大。然而，从旅行者的角度来看，呆在家里的双胞胎移动得很快(相对于旅行者而言)!所以从旅行者的角度来看，静止的孪生兄弟的时钟走得很慢，旅行者希望当他(旅行者)返回时，他会比他在地球上的孪生兄弟更老!
不可能两者都是。它是哪一个?
这就是悖论。
我不会回答是哪种情况。这需要数学。但至少，我会试着说明为什么这不是一个悖论。
这个想法涉及到一个“时空图”。这并不像听起来那么吓人。在这个实验中，假设火箭基本上是沿直线飞行，所以我们只需要一个空间维度。我们还需要一个时间维度。所以我们需要一个二维图。太棒了!我们有电脑屏幕!
时空图与普通图类似，除了其中一个维度(通常是垂直的)表示时间。所以双胞胎悖论的两条轨迹看起来是这样的:
忽略那些数字代表什么和那些斜线是什么。要知道，这条粗蓝线代表着这对地球孪生兄弟的“时空轨迹”。从下到上阅读，他不会在太空中移动，他只是呆在家里。所以没有水平移动。他只是站在那里，让时间流逝——也就是说，在图表中往上移动。
同时，红色曲线轨迹代表旅行者。他开始的时候有点慢(例如，一个陡坡的曲线)，然后加速从红色点2到5。然后他开始减速，倒车，加速。
如果你以前没见过它的话，它值得你仔细思考。如果你对狭义相对论感兴趣，那么理解时空图告诉你的是一项非常非常重要的技能。它不是很深奥，只是有一种阅读的感觉。
无论如何，即使是在SR中，一个人在旅途中所经历的“真实”时间也取决于旅途的长度。在SR和时空图中，“长度”的解释略有不同，但基本原理仍然是正确的。当你看蓝色曲线和红色曲线时，这些旅程包含不同的时间体验，这一点都不应该是矛盾的。
