双生子佯谬或者双生子效应是一个有关狭义相对论的思想实验。内容是这样的：有一对双生兄弟，一个登上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年轻。

这个佯谬的产生是基于对狭义相对论中时间膨胀的考虑。因为在各自的参考系中，兄弟俩都认为对方在运动。 而根据运动的时钟变慢的原理， 似乎双方都认为对方变年轻了。

佯谬产生的原因是狭义相对论的时间膨胀原理仅仅对于惯性参考系成立。 而旅行者要想返回， 必然至少有一次加速过程。 根据广义相对论，加速过程中的惯性力与引力等同， 而引力恰恰能够导致时间膨胀。（广义相对论可以解释为什么旅行者必然会有时间膨胀，真正的计算并不是必须依赖广义相对论。） 留守者处于（近似）惯性系所以留守者的计算是可靠的。所以最终的结果就是，旅行者会较之留守者年轻。

双生子效应已经在1971年由科学家利用原子钟绕地球一圈证实。 参看 Science 177 (4044): 166–168.

运动的钟比静止的钟走得慢，相对论如是说。可钟是什么呢？它仅是那种做有规律的滴答声的手表呢，还是能把我们的定义扩大到把心脏的有规律跳动也包括进去的那种手表呢？或者使人体内一个简单的细胞也会延长其寿命的那种手表呢？不会有任何限制阻止相对论适用于包括上列事物的任何过程。所有这些“钟”即自然界的一切变化过程在运动时都应慢下来。 让我们带着这种概念来探讨一个有趣的可能性。让我们假定有一对孪生子长到了20岁：哥哥叫高斯罗，是属于不爱活动的那一类人；而他的妹妹，勃拉斯托，是个爱冒险的人。为了庆祝生日，她决定乘坐火箭到一个距离为20光年的遥远星球去旅行。她以极接近于光速的速度飞行，到达星球后立即动身回家。由于星球位于距离为20光年的遥远之处，而且由于勃拉斯托几乎是以光速飞行的，所以根据高斯罗在地球上的计算，这次旅行只用了40年稍多的时间。60岁的高斯罗匆忙地喝下一杯梅汁，急忙赶到火箭发射场去迎接他的妹妹。根据高斯罗的钟，他的妹妹也应是60岁。但是，如果勃拉斯托生存在高速的环境中而且如果运动的钟走得慢，那么导致衰老的身体发育过程就该放慢。那么我们就会预料到，一个年轻端庄的勃拉斯托从火箭上下来迎接她那年迈的孪生哥哥。

还有另外一个观点，按照勃拉斯托对这次旅行的看法，她认为自始至终她都是处于静止状态，而高斯罗却在地球上离开她飞走了，然后返回。她自己的照片表明，她已衰老了40岁，而且因为高斯罗是以高速运动的人，所以他的钟应走得慢而正是他在他们重逢的时候应该年轻。

这两种观点看来都是正确的，都遵循狭义相对论的定律，但显然这两种观点不能都正确，佯谬就在此处，哪种观点是正确的呢？为回答这一问题，我们必须指出，这次旅行并非像我们引导你去相信的那样完全对称。勃拉斯托为达到接近于光速的速度必须经历加速过程，然后经历减速过程，而为了转向回家的旅行再经历加速过程。正是她经历了加速过程，时间对她说来是迟延了。所以当这对双生子重逢时，勃拉斯托确是年轻一些。这一真实情况已由一对电子钟加以证实。一只留下做为参照体，而另一只钟放在商业飞机上绕地球飞行，旅行后将两只钟进行比较表明，旅行的那只钟“衰老”得少些。