두 쌍둥이 Jame 과 Dick 이 지구에 있습니다. Dick 은 우주선을 타고 20광년 ( 광년:빛이 1년 동안 갈 수 있는 거리 ) 떨어진 별에 0.8 c ( c 는 빛의 속도, 0.8c 는 0.8 배의 빛의 속도를 의미한다. ) 의 속도로 간고, Jame 은 그대로 지구에 있다고 과정합니다. 이 때 Dick 이 지구를 돌아올 때 , Jame 과 Dick 의 나이는 어떻게 다를 까요?
상대성원리에 무관심한 사람은 이게 무슨 소리인가 하는 생각과, 나이가 당연히 같아야지 하고 생각할 것 입니다. 그런데 실상은 그렇지 않습니다. 결론을 미리 말하면 지구에 있었던 Jame 은 50살을 더 먹고, Dick 은 30살을 더 먹습니다. 다시말해 상대적으로 Dick 은 시간이 천천히 흐릅니다. 이러한 현산을 쌍둥이 파라독스라고 합니다.
빠르게 움직이는 물체의 시간은 멈쳐있는 물체의 시간에 비해 천천히 흐릅니다.
상대성이론에서는 우리가 흔히사용하는 물리학의 기본 단위, 시간, 질량, 길이들을 다시 정의하고 있습니다.
어떤 사람은 이렇게 주장할 수도 있겠군요. Dick 의 기준에서는 Jame 이 0.8 c 의 속도로 멀어지고 있다. 그러니 Jame 의 시간은 더 천천히 가야 한다라고. 그러나 여기에서 중요한 한가지를 지나쳤는데, Jame 의 좌표는 관성기준계가 아닙니다. 우주선을 타고 지구를 떠날 때 0.8 c 라는 속도를 얻기 위해서는 매우 강한 가속을 해야 하고 다시 돌아올때는 가속 하게 됩니다. 그래서 Jame 의 기준계는 틀렸습니다.
그리고 또 이런 의문을 가지는 사람도 있겠군요. 20광년의 별을 왕복하면 40광년인데 0.8 c 의 속도로 가면 50년이 걸리지 어떻게 30년이 걸릴 수 있냐고. 지구에 있는 Jame 의 50년은 그렇게 나오는 게 맞습니다. 그런데 Dick 이 0.8 c 의 속도를 갖는 순간 40광년이라는 거리는 줄어들게 됩니다. 그래서 Dick 의 기준으로는 더 빨리 도달 할 수 있는겁니다.
결론적으로 빠른 속도를 갖는 물체에서 정지해 있는 물체에 비해 느리게 시간이 흘러가고, 길이도 더 짧게 느껴집니다.