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타임 머신(Time machine)은 미래나 과거로 시간 여행을 할 수 있는 가상의 장치이다.
시간 여행의 도구로서 주로 과학 소설 분야에서 무대 설정이나 소도구로 이용된다. 1895년 허버트 조지 웰스가 《타임 머신》이라는 소설에서 묘사하면서 첫 등장했다. 웰즈의 타임 머신은 산업 혁명을 거치면서 여러 가지 이동 수단이 개발된 것을 계기로 공간 이동 기술을 시간 축으로 확장한 것으로, 시간만 이동할 수 있고 공간 이동 기능은 포함되어 있지 않다.
예전의 영화에서의 타임 머신은 시간을 빨리 감거나 되감는 방식으로 작동하여 시간 여행자가 주위의 풍경이 급속히 변하면서 미래나 과거로 가는 과정을 볼 수 있었으나, 최근에는 자주 쓰이지 않고 주로 사차원 공간 등을 통해 곧바로 이동하는 방식이 쓰인다. 사차원 공간을 이용해 다른 시간에 즉각적으로 접속하는 타임 머신은 도착 장소가 물 속일 수도 있는 등 안전한 지상의 장소일 것이라는 보장이 없기 때문에, 도착지의 상황을 미리 파악하는 것이 중요해진다.
타임 머신을 유형 별로 분류해보면 다음과 같이 나누어볼 수 있다.
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