1905年出版的爱因斯坦狭义相对论采用德国数学家闵可夫斯基的统一时空模型，指出时间应该被视为一个独立于三维空间的另一个维度。欧几里得理论工作小组的成员，德国海德堡大学教授Luca Amendola认为，时空没有永远固定的，当给定坐标位置时我们可以进入不同的三维空间上的点，但第四维度是常被忽视的，这就是时间。如果没有给出时间，我们也无法在三维空间上的一点碰面。在物理学方面，时空是一个空间和时间交织在
宇宙里的数学模型。利用爱因斯坦的广义相对论场方程和量子场论，我们甚至可以借助扭曲时空进行旅行。
在狭义相对论中时空的几何形状是固定的，观察者要根据自己的相对速度测量不同距离或时间间隔。但在广义相对论中，时空本身的几何变化取决于物质运动方式。广义相对论目前仍然引导着宇宙科学的研究，广义相对论预言黑洞的存在已经被证明，同时也预测了黑洞是一个任何物质无法逃离的地方，而且黑洞还有一个中心，这就是奇点，这个一维的点上任何物理定律都失效的。
20世纪之前空间理论中，时空旅行就绝对不可进行的，但1905年出版的相对论解释了天体运行的本质，即沿着测地线运行。其建立在时空扭曲的基础上，而黑洞这样的超大质量天体，周围的时空已经扭曲到了极致。在1925年首次出版量子力学中，人们看到了新的曙光，后者物理学家将量子力学与相对论结合，形成了量子场论。科学家深入研究时空理论时发现，相对论给我们留下了时间旅行的可能性，并没有把时间旅行锁死，后来一些科学家认为我们需要奇异物质才能打开维持奇点的开放。
为了进一步对黑洞研究，美国宇航局2012年发射了NuSTAR探测器观测黑洞，另一方面科学家可借助重力探测器B计划收集到的地球质量所造成时空扭曲数据进行分析，研究黑洞对周围时空的干扰程度。欧洲空间局也计划在2020年发射Euclid探测器寻找暗物质、暗能量和黑洞的关系。
目前关于黑洞的研究有很大的障碍，而且人类的探测器无法抵达那儿，即使是对黑洞的天文观测也因为观测问题遇到阻碍。
科学家Davis认为，21世纪物理学领域一个难题仍然是黑洞问题，，似乎没有任何一个新理论可以解释黑洞时空，但也没有什么可以阻挡人类对宇宙探索的脚步，就像希格斯玻色子被发现那样，或许我们需要的仅仅是时间。
