پارادوکس دوقلوها

فرض می کنیم الف و ب دو فرد دوقلوی همسان اند که ساعت های یکسانی دارند. ب یک سفر فضایی را با سرعت بالا (نزدیک به سرعت نور) شروع می کند در حالی که الف در خانه می ماند. الف به طور دائم ساعت ب را مشاهده می کند و می بیند که ساعت ب به علت اتساع زمان کند کار می کند. بالاخره ب به خانه بر می گردد. از آن جا که ساعت ب در این سفر کند کار کرده است، الف نتیجه می گیرد که ب در پایان این سفر از او جوانتر است . ولی فرض کنید که بخواهیم این وضعیت را از دیدگاه ب مورد مطالعه قرار دهیم. از آن جا که اتساع زمان فقط به حرکت نسبی بستگی دارد، در طول این سفر ب می بیند که ساعت الف کند کار می کند، و وقتی که سفر به پایان می رسد، ب نتیجه میگیرد که الف از او جوان تر است. بدیهی است که هر دو دوقلو نباید درست گفته باشند . آیا یکی از این دوقلو ها حقیقتاً جوان تر است؟

نظریه ی نسبیت خاص فقط برای بررسی دستگاه‌های مرجع لخت (دارای سرعت ثابت) پایه ریزی شده است. اگر در این سؤال هر دو برادر بدون شتاب، از هم دور شوند، این امکان وجود ندارد که دوباره یک دیگر را ملاقات کنند(با یک دیگر در یک مکان قرار بگیرند). پس یکی از آن ها باید سرعتش را تغییر بدهد و شتاب داشته باشد. شتاب داشتن نسبی نیست، یعنی هر کس نمی‌تواند ادعا کند که ساکن است و دیگری شتاب دارد. این فرق اساسی میان سرعت و شتاب، باعث می‌شود که نسبی بودن همه‌چیز در این مثال از بین برود. بدین ترتیب امکان بررسی این سؤال در نسبیت خاص نیست؛ اما با توجه به تحلیل نسبیت عام، ساعت کسی که شتاب گرفته‌است عقب می‌ماند. یعنی بازه ی زمانی کوتاه تری را احساس می کند و جوان تر می ماند. دلیل این اتفاق از دید فیزیک چگونه است چرا این اتساع بر یک پدیده زیستی (بدنی )تاثیر گذار است؟