爱因斯坦的相对论并没有以科幻小说中那种自由选择日期并前往的通常意义上使时间旅行成为可能。它们所做的，是用一个时空取代单一的宇宙时间的概念，在这个时空中，不同的观察者可以经历不同程度的流逝时间。每个观察者测量他们自己的“固有时间”，这是由他们在时空中遵循的路径决定的。因此，两个人可以分开，沿着不同的轨迹旅行，然后再次相遇，经历了不同的衰老程度，尽管他们都正常地经历了自己的时钟和生物过程。

狭义相对论为前往未来的旅行提供了最清晰的途径。相对于另一个时钟高速运动的时钟，在两者比较时会运行得更慢。如果一艘航天器完成了一段为船上人员测量的五年旅程，同时以光速的约97%速度旅行，那么地球上大约会过去20年。旅行者不会感觉到时间变慢。他们的心跳、思维和仪器从他们的视角来看都会正常运行。只有当他们返回并将自己的流逝时间与留在地球上的人比较时，这种差异才会显现。这有时被称为双胞胎佯谬，尽管它并不是真正的矛盾，因为双胞胎在时空中遵循不同的路径，而旅行的双胞胎在旅程中改变了惯性系。

广义相对论引入了另一种使时钟不同步的方式：引力。物质和能量弯曲时空，更深入引力势的时钟比更远的时钟运行得更慢。因此，在一个极度致密物体（如黑洞）附近度过时间的人，可能比远离它的人衰老得更少。像《星际穿越》这样的电影使用了这种真实效应的夸张版本。在实践中，要在黑洞足够近处生存以获得巨大的时间差异，需要非常特定的条件，包括足够大、快速旋转的黑洞，以及避免破坏性潮汐力和不稳定区域的轨迹。然而，基本的时延效应本身并不是推测性的。原子钟已经测量了相隔仅一毫米的海拔之间的引力差异，而卫星导航系统必须持续考虑基于速度和引力的时延。否则，GPS卫星时钟相对于地球上的时钟每天会快约38微秒，这会迅速使精确定位变得不可能。

在这种受限但物理上有意义的意义上，前往未来的旅行已经是可能的。宇航员、卫星甚至乘坐飞机旅行的人，都会比留在地面上的人积累略微不同的固有时间。这些差异通常是微观的，因为我们的速度与光速相比极其微小，而且地球的引力场相对较弱。要产生一个戏剧性的未来跳跃，需要接近光速的极端速度或长时间暴露在更强的引力场中。主要障碍不是相对论的有效性，而是工程问题：将载人航天器加速到这样的速度需要巨大的能量，即使与微小粒子的碰撞也会变得极其危险。而且，在相关意义上，这样的旅程将是单向的。旅行者可以到达地球遥远的未来，同时个人衰老得少得多，但相对论不会提供一种简单的方法返回他们出发的时间。

前往过去的旅行则要不确定得多。爱因斯坦的场方程将时空的几何与其中包含的物质和能量联系起来，但它们并不会只产生一种可能的几何。它们允许许多数学解，其中一些包含闭合类时曲线。类时曲线代表物体以低于光速运动的物理允许轨迹。如果该曲线是闭合的，遵循它最终会将旅行者带回他们自身世界线上的更早事件。从数学上讲，旅行者可以在不局部超过光速的情况下遇到自己的过去。包含此类结构的解出现在旋转宇宙模型、理想化的旋转圆柱、虫洞几何以及旋转克尔黑洞内部时空的扩展中。

这并不意味着真实的旋转黑洞可以用作时间机器。理想克尔解中的闭合类时曲线位于内视界之外，在一个预期中非常小的扰动会变得极大放大的区域。因此，一旦包括现实的物质、辐射和量子场，确切的内部几何就不太可能保持稳定。穿越事件视界也会阻止旅行者返回与外部宇宙沟通。更近期的数学工作还添加了另一个细微之处：尽管扩展的克尔时空包含闭合类时曲线，但这些曲线不一定是自由落体的闭合测地线，因此它们的数学存在不应与航天器可以简单遵循的自然轨道混淆。

可穿越虫洞提供了另一种经常讨论的可能性。虫洞会连接时空中的两个分离区域。如果它的两个口经历了不同的运动或引力条件，时延可能会在它们之间产生偏移，从而潜在地允许进入一个口的人通过另一个口在更早的外部时间出现。莫里斯、索恩和尤尔特塞弗在1988年展示了如何在某些条件下将假设的可穿越虫洞转化为时间机器。问题是，已知的可穿越虫洞模型通常需要具有高度奇异属性的物质，例如持续的负能量密度或违反经典能量条件。量子物理可以产生有限的负能量效应，但目前已知没有任何东西可以创建并稳定一个人类大小的虫洞。没有观察到虫洞，也没有建立起构建一个的机制。

量子效应最终可能完全阻止闭合类时曲线的形成。斯蒂芬·霍金的时序保护猜想提出，当时间机器接近运行时，量子涨落及其引力反作用会变得无法控制地大，在因果性被违反之前摧毁所需的时空结构。几个计算支持这个想法的版本，特别是针对特定虫洞和时序视界模型，但它尚未被证明为一条普遍定律。解决这个问题可能需要一个完整的量子引力理论，而物理学家们仍然没有这样的理论。因此，广义相对论可能是在显示，在极端条件下向后时间旅行是真正可能的，或者经典理论已被推入了一个不再给出完整物理描述的领域。

核心区别在于数学许可与物理可实现性之间。相对论向未来的旅行是自然界的已测量后果，并且已经发生，尽管通常是微小的量。向过去的旅行出现在爱因斯坦方程的有效解中，但每个已知提议都依赖于理想化的几何、无法访问的黑洞内部、未观察到的虫洞、不寻常的能量形式或可能被经典或量子不稳定性摧毁的区域。

说相对论“使时间旅行成为可能”只有在清楚说明这一区别时才是准确的：爱因斯坦确立了时间不是普遍的，不同衰老是真实的，但他并没有提供证据表明人类可以建造一台能够访问并改变过去的机器。承包笑点碎碎念