時空旅行

時間旅行（Time travel)，或稱時空旅行、時光旅行、穿越等，泛指人或者其它物體由某一時間點移動到另外一個時間點。事實上，所有的人都順著時間一分一秒的自然前進，所以時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式：要不就是大幅度的前往未來，要不就是回到過去。

時間旅行不能避開的問題是因果的問題。有時也會把向過去傳遞信息稱爲時間旅行。「向過去傳遞信息」這種行爲也會造成對因果論的違背。

時間旅行常常作為戲劇或者小說中，將人物放在不同時空中的手段。科幻小說中也常常會以時間旅行作為主題。

一般認爲大幅度的前往未來在物理上可能，這只要坐上足夠快的飛船就行了，這種時空旅行的結果可由狹義相對論計算。利用萬有引力也是可以的（坐在引力場極強的地方），這種計算涉及廣義相對論。注意這裡指的是已經發現的自然規律提供了這些方法，這並不是說從技術和資金上，人類已經可以完成這些事情。人類可以把微觀粒子送往未來（可以用粒子的半衰期來檢驗），但把宏觀物體送往（較大幅度的）未來尚未能實現。

沒有物理定律明確表述回到過去（即使小幅度）是可能的。有一種說法是只要超過光速，就能回到過去。這一般是科幻小說的假想和大眾媒體中的誤讀：光速不可超越是相對論所設的前提條件，並且此限制體現在方程中，若光速被超越（姑且認為這是可能的），則相對論失效，不能作出任何預言。若承認相對論正確，則不可能通過超越光速（因為相對論說光速不可超越）的方式來完成回到過去的目標。（但這並沒有否認用別的方式來完成的可能性）

相對論聲稱不能使物體的速度超過光速，但沒有禁止有「一直比光運動更快」的物質存在。如果有這種物質，且人類能用它來傳遞信息，則也能用它來向過去傳遞信息。

物理上，也會以時間旅行作為思想實驗的工具，來檢驗一些理論（如相對論、量子力學）可能產生的推論。現在人類還沒有時間旅行（這裡指的是回到過去，或大幅度的前往未來）的能力，也沒有任何成功的實驗。但這也並不說明回到過去是不可能的。

根據愛因斯坦的相對論，在某些狀況下，比方說在不同的速度、重力下，兩個物體之間時間流動的速度會不同。這在某種意義上，可以稱得上是「天上方一日，人間已千年」的時間旅行。但是這類的方式，只能讓你前往未來，而不能讓你回到過去。這種單方向的時間旅行與傳統上在科幻中的典型「時間旅行」並不相同。科幻中的時間旅行往往會有較多的自由度（當然為了戲劇性，也會有所限制）。

根據狹義相對論，時間是可以伸展和收縮的，視觀察者移動多快而決定。舉例，假設A 在紐約登機飛到里約熱內盧，然後馬上再飛回紐約，而B 則一直在紐約甘迺迪機場裡。這趟旅程所費的時間對於A和B並不相同，對A而言，實際上所花的時間會更少。在一九七一年時，物理學家喬·哈菲爾（Joe Hafele）和理查·基廷（Richard Keating）做出証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一模一樣的時鐘做比較。結果証實：在飛機上的時鐘走得比實驗室裡的慢。[來源請求]物理學家將因運動而造成的時間減緩稱為時間膨脹效應：當運動速度越快，時間變得越慢（這是指靜止的觀察者所看到的，在高速運動的人自己看來，沒有什麼不同，見相對性原理）。

以上對於運動跟時間的效應的說明，跟時間旅行有什麼關係呢？以下引用雙生子佯謬來做進一步的解釋：莎莉和山姆是一對孿生子，他們決定測試愛因斯坦的理論，所以莎莉在2001年登上火箭，以99%光速飛向10光年之外的恆星，山姆則待在家裏。當莎莉抵達目的地時，立即掉頭，並以相同的速度返回地球。以山姆來看，這趟旅程的時間長短大約為地球上20年，但是莎莉所經歷的時間卻不同。對她來說，這趟旅程還不到3年，所以當她回到地球時，她發目前間已變為2021年，而山姆比她老了17歲，或者說莎莉已經被送到山姆17年後的未來。（目前地球上最快的太空船只能到達0.01%光速。）

速度只是扭曲時間的一種方法，重力則是另一種方法。愛因斯坦於1915年提出廣義相對論，將重力場對時間與空間的影響包括在理論中。如將數字代入愛因斯坦的理論中，會發現地球本身的重力造成時鐘每300年慢1微秒。1976年，羅伯特·維索特（Robert Vessot）和馬丁·列文（Martin Levine）從西維吉尼亞州將一枚載有氫邁射時鐘的火箭發射到太空，然後在地面上仔細監控。幾個小時後，火箭墜落進大西洋，而上面的時鐘比地球的時鐘多出了約0.1微秒。如果可以神奇地將地球擠壓到一半的大小（保留所有質量），地球表面的重力將變成2倍大，時間的扭曲也會變成2倍大。[來源請求]如繼續擠壓下去，當地球的半徑變成0.9公分時，時間將會「保持靜止」，沒有東西可以逃脫。詳見黑洞、史瓦西半徑。

在質量不變時，壓縮其體積，會導致星體的表面的引力場強度增加。宇宙中會發生這種壓縮，例如「中子星」。天文學家已確認在典型中子星表面上的時鐘，會走得比地球表面上的慢30%。若能夠從中子星表面望回地球，將會看到地球上的事情加快速度，就像是快速放映錄影帶節目一樣，不過在中子星附近的事情，看起來還是很正常。