若一名宇航员以光速离开地球，在一年之后又以光速返回，根据常理，当宇航员返回地球时，地球上应该已经过去了两年时光。
不过，如果你知道相对论，那么你就不会这么想了。如果从相对论的角度出发，那么那时地球上已经过去了多长时间呢？
光速每秒30万千米，是宇宙中最快的速度。根据相对论，有质量的物体被禁止超越光速，那是因为要将它们加速到光速，需要无穷的能量。所以说，宇航员和航天器理论上来说只能以接近光速的速度运动。
而时间是相对的，在不同参考系下就会得出不同的时间，所以飞船上的时间和地球上的时间是不同的。时间具有单向性，永远向前流逝。而传统观念认为，在时空中每个位置上时间的流逝速度都是相同的，不过高精度实验已经证明，这种观念是错的。所以，要想弄明白这个问题，就必须抛掉绝对时空观。
根据狭义相对论，如果参考系的运动速度越快，那么该参考系下的时间流逝速度就越慢。当物体的运动速度达到光速时，时间就已经停止流逝了。这种现象被叫做时间膨胀效应，或者叫钟慢效应。当参考系的运动速度越趋近光速时，这种效应也就越显著。简单来说，就是运动的钟比静止的钟走得慢。
以接近光速飞行的宇宙飞船，与地球这两个参考系的运动速度明显不同。宇宙飞船上的时间流逝速度很慢，那么当宇航员返回地球时，对于宇航员来说，它只经历了两年时间，而对于地球上的人来说，却已经过去了好几年，甚至上百年。这真的是“天上一日，地下一年”！
若宇航员全程都以99%的光速运动，两年之后，他返回地球后会发现，地球上的人们已经过了14年。如果他有一个双胞胎兄弟，那么他的兄弟此时会比他大12岁。
如果以99.99%倍的光速运动，两年之后，两者之间的时间差将达到139.4年，真要发生这种情况，恐怕他返回地球时就看不到他的双胞胎兄弟了。
不过，在实际情况中，宇宙飞船不可能一起步就以99%的光速运动，因为人体承受不了这么大的加速度，所以说宇航员必须要经历一个加速和减速的过程。这意味着，宇航员经历两年时间返回地球时，由时间膨胀效应造成的时间差并没有前面说的那么大。
利用这种现象，我们可以进行时间旅行，只要速度足够快，仅需很短的时间便能穿越到遥远的未来，不过这是一次单趟的旅行，没有后悔药。
此外，在相对论中，所有参考系都是平权的，而运动也是相对的，宇宙飞船远离地球，也可以看作地球远离宇宙飞船。那么，从各自的角度来看，都是自身的时间变慢了。那究竟是谁的时间真正变慢了？
其实，之所以出现这个矛盾，是因为我们把它们都当做了惯性参考系。由于宇宙飞船在离开和返回地球的过程中经历了加速和减速的过程，那么宇宙飞船就属于非惯性参考系。对于非惯性参考系就必须用广义相对论进行处理。
而在广义相对论中，引力也会导致时间膨胀，引力场越强的地方，时间的流逝速度也就越慢。
宇宙飞船加速过程中的惯性力等同于引力，因此必须考虑引力导致的时间膨胀效应。综合考量下，实际上就是宇宙飞船的时间变慢了，而不是地球。
即使你觉得这很荒谬，不过事实就是如此。无论是在高能粒子加速器中，还是在GPS卫星上，这一理论已经过长期且严格的检验。 全球定位系统依赖精确的时间，由于存在时间膨胀，所以卫星上原子钟的时间每隔一段时间就必须要校准，要不然，每12个小时，定位结果便会有7米左右的偏差。
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