是指從一個空間裡通過某種途徑轉移到另外一個時間段不同的空間（即切換了時間軸），時光之旅在理論上是可行的，人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。為了實現時光旅行，霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子：當人們駕駛汽車時，向前直行和向後倒車是第一維，向左或向右轉彎是第二維，在山路上爬坡和下坡是第三維，那麼時間就是第四維。對於物理學家來說，時光隧道也許就是蟲洞。霍金說，蟲洞就在我們周圍，只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫，這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙，比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”，而蟲洞就存在於“量子泡沫”中
“外祖父悖論”常被人拿來論證時間旅行不可能存在，但有些科學家則不這麼認為。
2014年6月24日，澳大利亞昆士蘭大學的科學家首次使用兩個光量子（光子）模擬了量子粒子在時間中的旅行並對其“一舉一動”進行了研究，結果表明，至少在量子尺度上，時間旅行是可以實現的。研究發表在最新一期的《自然·通訊》雜誌上。
科學家們使用光子（光的單個粒子）來模擬回到過去的量子粒子並對其行為進行了研究。在實驗中，他們對一個進行時間旅行的光子可能產生的兩種結果進行了考察。第一種結果是：“1號光子”會通過蟲洞進入過去並同以前的自己相互作用。第二種結果是：“2號光子”會在正常的時空內行進，但會通過蟲洞同一顆卡在時間旅行環—封閉類時曲線（CTC，是物質粒子於時空中的一種世界線，其為“封閉”，亦即會返回起始點）內的光子相互作用。模擬“2號光子”的行為使“1號光子”的行為也能被研究，結果表明，時間旅行在量子尺度上可以實現
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