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Le voyage dans le temps est un des grands thèmes de la science-fiction, au point d'être considéré comme un genre à part entière. L'idée d'aller revivre le
passé ou de découvrir à l'avance le
futur est un rêve humain causé par le fait que
l'être humain avance dans le temps de manière permanente, mais irréversible (et, à l'état de veille, apparemment de façon
linéaire).
La première mention d'un voyage dans le temps serait le personnage de Merlin l'enchanteur dans le cycle arthurien des Chevaliers de la table ronde, qui visitait les temps passés.
Les physiciens et les philosophes, tout autant que les auteurs de science-fiction s'intéressent au voyage dans le temps, aux effets théoriques des voyages à la vitesse de la lumière et aux paradoxes logiques qui naîtraient d'un voyage dans le temps.
Par essence, le voyage dans le temps entraîne la violation de la plupart des principes de conservation connus (si l'on considère l'univers comme un système isolé) : masse, énergie, charge, etc.
Il est à noter que la relativité restreinte d'Albert Einstein (et, par extension, la relativité générale) autorise explicitement certaines dilations du temps qui ressemble à un « voyage dans le temps ». La théorie considère que le temps « s'écoule moins vite » pour les corps « se déplaçant » à grande vitesse: par exemple, une montre « en mouvement » ira « moins vite ». Cette simplification est en toute rigueur abusive, car en vertu du principe de relativité, justement, aucun objet ne peut être considéré comme « en mouvement » dans l'absolu). À l'approche de la vitesse de la lumière pour un observateur, la montre sera presque arrêtée du point de vue de cet observateur.
Cependant, cet effet permet le « voyage dans le temps » seulement accéléré vers le futur: en avant, jamais en arrière. Et cela dit, même sans mouvement, nous voyageons déjà de toute façon du passé vers le futur.
Le voyage rétrograde dans le temps semble a priori hautement improbable. Toute théorie qui permettrait des voyages vers le passé devrait résoudre les questions de violation de causalité. Que se passerait-t-il si j'essayais de revenir dans le passé et que je tuais mon grand-père? (exemple dû au romancier René Barjavel en 1943, et nommé depuis paradoxe du grand-père (voir « Le voyageur imprudent »).
Par ailleurs, en l'absence d'indices de voyage dans le temps, il n'est pas indispensable de supposer son existence. Stephen Hawking a suggéré que l'absence de touristes venant du futur constitue un argument solide contre l'existence du voyage temporel - variante du paradoxe de Fermi, les voyageurs temporels remplaçant les visiteurs extra-terrestres. Toutefois, considérer que le voyage dans le temps ne peut arriver est intéressant aussi pour les physiciens puisque cela pose la question du pourquoi de cette impossibilité, et des lois physiques hypothétiques interdisant la possibilité de voyages temporels rétrogrades. L'expérience de Marlan Scully suggère en tout cas que la notion de temps que nous connaissons au sens macroscopique n'a pas toujours d'équivalent exact en mécanique quantique.
Le principe de relativité d'Einstein consiste à dire que les lois de la physique sont les mêmes quel que soit le repère depuis lequel on les observe. L'une des conséquences en est qu'il n'est pas possible de définir de synchronisation objective entre deux points de l'univers.
En conséquence, si un signal se déplaçait plus vite que la lumière pour déclencher une action à distance, il existerait des repères où cela apparaitrait comme une violation de causalité, contredisant ainsi l'hypothèse fondamentale de la relativité. Il ne s'ensuit pas exactement que le phénomène soit impossible (après tout, ce principe n'est lui-même qu'une hypothèse), mais si le cas s'observait, il faudrait ipso facto changer de théorie. L'expérience d'Alain Aspect, bien que semblant impliquer une transmission instantanée d'information si l'on assimile (abusivement) l'univers à la connaissance qu'en a l'observateur, ne remet pas ce principe en cause, puisqu'elle ne comporte pas de transmission de signal. Ou plus exactement puisqu'il ne se dégage jusqu'à nouvel ordre aucun moyen de transmettre un signal plus vite que la lumière en utilisant les résultats de cette expérience.
Reprenons le cas du retour en arrière dans le temps. Si un individu Z tue un homme X qui se trouve être son grand-père, la question est de savoir dans ces conditions, dans l'hypothèse de la fidélité de sa grand-mère (ce qui de toute façon aurait engendré non pas Z mais un autre individu ne disposant que de la moitié de son génome), comment Z a pu naître. L'échappatoire la plus classique est de considérer qu'il existe (au moins) deux lignes de temps, l'une où X n'est pas tué et engendre l'un des parents de Z, une autre où il est tué et dans laquelle Z n'est pas né. Ce qui n'empêche pas a priori le Z de la première ligne de temps de s'y promener. Il y évitera au moins le paradoxe de se rencontrer lui-même.
Par une coïncidence amusante, cette possibilité de multiplicité des futurs a également un pendant en physique, qui est la théorie énoncée en 1957 par Hugh Everett et reprise depuis par John Wheeler, David Deutsch et quelques autres physiciens, au moins à titre d'hypothèse de travail méritant qu'on en examine les tenants et aboutissants.
En raison des risques de changement des événements passés, le genre du voyage dans le temps rejoint l'uchronie dans certaines œuvres.
