如乙相對於甲以等速度v向x軸運動,且一個事件在乙所在的慣性座標中發生。乙測量其發生的時間差為Δt`,甲測量其發生的時間差為Δt。由狹義相對論,可推測出其關係為Δt=γΔt`,其中γ=1/(1-β^2)^(1/2),β=v/c。因為0<β<1,所以1<γ。即相對運動之觀察者測得的事件時間差,比相對靜止之觀察者測得的事件時間差大。此即時間膨脹現象。
時間膨脹最著名的例子是「雙生子佯謬」。一對雙胞胎A與B,哥哥A以βc之速度作太空旅行,弟弟B則待在地球上。A在10年後回到地球,在B的觀點卻是花了γ10年。如β=3/5,γ=5/4;如β=4/5,γ=5/3,越接近光速旅行,二者之年齡相差越大,且總是哥哥比弟弟年輕。
可是依據相對論,哥哥看弟弟也應該是γ10才是,因而產生了矛盾,故稱此問題為雙生子佯謬。而其原因是:哥哥所在的並不是慣性系統,因為在遠離地球的加速過程,返回地球的轉向過程與回到地球的減速過程,哥哥將很明顯的感受到力之加減速作用。所以哥哥無法運用時間膨脹公式。
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