Con người muốn bay tới tương lai và quay về quá khứ? Câu trả lời là các nguyên lý vật lý không cấm, nhưng những rào cản kỹ thuật thì không thể vượt qua trong vũ trụ mà chúng ta đang sống.
Cách duy nhất du hành tới tương lai là dùng hiệu ứng thời gian trôi chậm trên con tàu vũ trụ bay rất nhanh của thuyết tương đối hẹp. Nếu rời trái đất trên con tàu tăng tốc liên tục với gia tốc trọng trường (để cơ thể chịu một lực gia tốc thuận lợi đúng bằng sức hút Trái đất), thì sau một năm có thể đạt gần tới tốc độ ánh sáng. Tiếp tục gia tốc, ta có thể bay nhanh xấp xỉ ánh sáng. Khi đó chuyến bay tới trung tâm Ngân hà rồi quay về (khoảng cách cỡ 60 ngàn năm ánh sáng) chỉ mất 40 năm, trong khi trên Trái đất, 600 thế kỉ đã trôi qua. Bạn sẽ gặp tương lai nhân loại, với biết bao vật đổi sao dời, nếu loài người vẫn còn tồn tại.
Khả năng du hành ngược thời gian còn khó khăn hơn nhiều, tuy các quy luật khoa học cũng không hề cấm đoán. Vấn đề là tạo được bộ máy thời gian thích hợp.
Khả năng đầu tiên do Frank Tipler, Đại học Maryland, Mỹ, đưa ra năm 1973, liên quan với một vật kỳ dị trần trụi quay rất nhanh (kỳ dị là điểm có mật độ vô hạn, ví như lỗ đen). Khi đó cấu trúc không thời gian bị trường hấp dẫn quá mạnh làm xoắn, khiến một chiều không gian được thay bằng thời gian. Con tàu vũ trụ bay thận trọng gần đó có thể may mắn gặp một quỹ đạo mà phi hành đoàn tưởng vẫn đang xuyên qua không gian, nhưng lại là xuyên thời gian. Khi rời xa điểm kỳ dị, con tàu sẽ xuất hiện ở một thời gian khác, như thời người tiền sử đang sống trong hang chẳng hạn.
Khả năng này không khó như ta tưởng: một hình trụ dài 100 km, rộng 10 km, chứa vật chất có mật độ của sao neutron (100 triệu tấn/cm3), quay hai ngàn vòng một giây là đạt yêu cầu. Trong vũ trụ, một số sao xung gần đạt tiêu chuẩn này.
Loại máy thời gian thứ hai liên quan với lỗ sâu (wormhole), tức hệ đường hầm xuyên không - thời gian, giống lỗ sâu đục trên quả táo của bạn. Theo thuyết tương đối rộng, lỗ sâu có thể nối một lỗ đen ở vùng không - thời gian này với một lỗ đen hay lỗ trắng ở vùng không - thời gian khác (ngược với lỗ đen luôn hút vật chất và năng lượng, lỗ trắng là nơi phun năng lượng. Big Bang chính là một lỗ trắng như vậy).
Quan niệm về lỗ sâu xuất hiện trong vật lý một cách khá hài hước. Số là nhà thiên văn Carl Sagan, tác giả của viễn cảnh mùa đông hạt nhân nổi tiếng, viết một cuốn sách viễn tưởng về du hành qua lỗ đen để đi từ trái đất tới sao Vega giả định. Vì muốn các lập luận khoa học chính xác tối đa, Sagan nhờ Kip Thorne, một chuyên gia về trường hấp dẫn của Viện Công nghệ California, tính toán.
Cuối 1985, Thorne nhận thấy rằng, lỗ sâu có thể mở khi chứa loại vật chất kỳ lạ có sức căng rất lớn để chống lại lực hấp dẫn ở lỗ đen. Thích hợp nhất là các dây vũ trụ, loại vật chất giả thuyết dưới dạng các ống năng lượng nhỏ hơn kích thích nguyên tử trải dài trên toàn vũ trụ. Nếu có thật, và luồn được vào lỗ sâu, nó có khả năng giữ cho lỗ sâu luôn luôn mở để đóng vai một đường hầm xuyên qua không - thời gian.
Đến năm 1988, ba người công bố kết quả trên tạp chí nổi danh Physical Review Letters. Vẫn lo sợ phản ứng không thuận lợi, ông yêu cầu lãnh đạo Viện không những giữ im lặng mà còn kiên quyết cấm mọi người bàn luận về công trình.
Kết quả ngược với lo lắng của Thorne. Cả giới chuyên môn và công chúng đều rất hào hứng với khả năng du hành xuyên thời gian, dù chỉ trên lý thuyết. Nghề nghiệp của ông thăng tiến rõ rệt, hai học trò được nhiều nơi mời làm việc. Theo gương ông, nhiều nhà vật lý công bố các kết quả nghiên cứu chuyên sâu với bạn đọc đại chúng, một việc được nhiều phía hoan nghênh. Viện Công nghệ California trở thành thánh địa của khả năng du hành xuyên thời gian.
Ngay lập tức xuất hiện hàng loạt tác phẩm về du hành xuyên không thời gian. Trong khi giới chuyên môn thiên về các khía cạnh khoa học và triết lý, thì giới nghiệp dư hân hoan tuyên bố, đó chính là cách nhân loại du hành hướng tới tương lai hay quay về quá khứ. Nhưng "nghịch lý ông nội" có thể làm nguội niềm phấn khích đó. Giả sử bạn du hành ngược về quá khứ và lỡ tay làm chết ông nội khi ông còn bé tí, lúc ông chưa sinh cha bạn. Không có cha thì tại sao lại có bạn để mà du hành ngược thời gian? Cũng có ý kiến cho rằng, có thể bạn không gặp ông nội, nhưng đó chỉ là ngụy biện (tại sao lại không?).
Đó là lý do Hawking đưa ra "Ước đoán bảo vệ trình tự thời gian", theo đó các quy luật vật lý cấm một thực thể vĩ mô du hành xuyên thời gian. Muốn du hành như thế, cần nhảy vào lỗ đen, và ngay lập tức bạn bị nghiền nát thành các hạt cơ bản, qua lỗ sâu để phun trào ra ở một lỗ trắng tại vùng không - thời gian khác. Chỉ các hạt cơ bản từng tạo nên cặp chân dài gợi cảm, chứ không phải chính cô người mẫu, mới trải nghiệm chuyến du hành kỳ thú đó.