전 세계적으로 환경 파괴와 식량 부족 문제에 직면한 인류는 더 이상 지구에서 살 수 없다는 결론을 내렸고, 우주비행사들은 웜홀을 통해 인류가 살 수 있는 행성을 찾아 나섭니다. 쿠퍼는 사랑하는 아이들이 행복하게 살 수 있도록 하기 위해 새로운 행성을 찾는 일에 동참합니다.
인류가 살 수 있는 행성을 찾아라
지구는 기상 악화 및 병충해로 인한 심각한 식량 부족으로 고통받고 있습니다. 지금의 지구에서는 과학 기술보다 당장 먹을 수 있는 식량이 더 중요합니다. 쿠퍼는 아내를 잃고 아들 톰, 딸 머피, 그리고 장인어른과 농사를 지으며 살아가고 있습니다. 그런데 최근 딸 머피의 방에서 갑자기 책이 떨어지는 일이 일어나고, 머피는 자신의 방에 유령이 있다고 말합니다. 모래 폭풍이 불던 날, 머피의 방으로 모래가 특이한 패턴으로 떨어지고 있었고, 쿠퍼는 이를 2진법으로 해석하여 그것이 어떤 특정 장소의 좌표를 나타내는 것을 알게 됩니다. 쿠퍼는 모래가 가리키는 좌표로 향하는데, 머피도 몰래 그를 따라갑니다. 해당 좌표에 도착한 쿠퍼와 머피는 해당 건물의 내부로 들어가는데 그곳은 로켓 발사장이었습니다. 그곳에 있던 사람이 쿠퍼에게 '라자로 프로젝트'에 대해 알려줍니다. 약 40년 전 토성 인근에서 웜홀이 발견되었고, 이를 이용해서 인류가 살 수 있는 지구와 유사한 행성을 찾기 위해 준비를 하고 있다고 합니다. 그들은 무인 탐사선을 보내서 웜홀 가까이에 인류가 살 수 있을 만한 3개의 행성을 찾아냈습니다. 그리고 그 3개의 행성에는 각각 밀러, 만, 애드먼즈 박사가 먼저 파견되어 임무를 수행하고 있었습니다. 그리고 이를 토대로 브랜드 교수는 플랜 A와 플랜 B를 구상 중이었습니다. 플랜 A는 지구의 모든 인류를 3개의 행성 중 가장 적합한 곳으로 이주시키는 것입니다. 하지만 이를 위해서는 전 인류가 우주로 이동해야 하므로 중력을 제어할 수 있는 기술이 필요합니다. 이를 가능하게 할 중력 방정식의 해답을 아직 풀지 못하여 아직까진 실현 불가능한 계획입니다. 플랜 B는 플랜 A를 실현하지 못할 경우를 대비한 플랜으로, 지구의 인류를 버리고 새로운 행성에 수정란을 보내 인류를 재건하려는 계획입니다. 브랜드 교수는 쿠퍼에게 라자로 프로젝트의 우주선 조종을 맡아달라 부탁합니다. 지구를 떠난 인듀어런스 호에는 브랜드 교수의 딸인 아멜리아, 도일, 로밀리, 쿠퍼, 그리고 그들을 돕는 로봇인 타스만 있을 뿐입니다. 그들은 밀러의 행성으로 향하는데, 그곳에서 완전히 부서진 밀러의 우주선을 발견합니다. 또한 엔진이 물에 잠겨 긴 시간을 밀러의 행성에 갇히게 되었습니다. 엔진 가동에 성공해 인듀어런스호로 돌아왔지만 23년 4개월 8일이 지나 있었습니다. 그동안 머피는 중력 방정식의 해답을 찾기 위해 브랜드 교수의 제자가 되었습니다. 우주비행사들은 다음으로 만 박사의 행성으로 향합니다. 만 박사는 혼자 쓸쓸히 생을 마감하고 싶지 않아서 거짓으로 신호를 보낸 것이었습니다. 한편, 브랜드 교수는 완전한 중력 방정식의 해답을 찾기 위해서는 블랙홀의 데이터가 필요했기 때문에 지구에선 절대 해답을 찾을 수 없다는 사실을 알고 있었습니다. 하지만 그 사실을 모두에게 숨기고 있다가 마지막 순간에 머피에게 말합니다. 즉 플랜 A는 실패할 수밖에 없는 계획이었던 것입니다. 이 사실은 쿠퍼에게 전달됩니다. 만 박사는 행성 탈출에 실패하고, 쿠퍼와 아멜리아는 행성을 탈출해서 인듀어런스호에 도착했지만 블랙홀 가르강튀아의 중력권에 끌려가게 됩니다. 우주선의 질량을 줄여야만 블랙홀을 탈출하고 애드먼즈의 행성으로 갈 수 있습니다. 쿠퍼는 자신을 희생해서 아멜리아만 보내고, 그는 블랙홀 속으로 빠지게 됩니다.
테서랙트와 쿠퍼 정거장
쿠퍼는 특이점으로 보이는 구체를 발견하고 미지의 공간으로 들어갑니다. 그 공간은 테서랙트란 곳인데 시간도 마음대로 넘나들 수 있는 공간입니다. 모든 시간대의 머피의 방을 볼 수 있고, 중력을 이용해 머피의 방에 영향을 줄 수 있는 5차원의 공간입니다. 쿠퍼는 예전 머피가 방에 있다고 했던 유령이 지금의 자신임을 느낍니다. 그는 중력을 이용하여 머피에게 여러 가지 신호를 보내지만 과거를 바꾸는 것은 불가능합니다. 그때 타스가 블랙홀의 데이터를 확보했는데 밖으로 전달할 방법이 없다고 보고합니다. 어른이 된 머피는 그 책장 앞에서 어린 시절의 그 유령이 아빠였음을 깨닫게 됩니다. 쿠퍼는 모든 것을 알게 되고 떠나기 전 머피에게 주었던 시계를 통해 블랙홀의 데이터를 전달합니다. 그것으로 머피는 중력 방정식을 완성하여 플랜 A를 실현시키게 되고 이로써 인류는 생존하게 됩니다. 머피가 연구에 성공하자 테서랙트도 닫히기 시작합니다. 그리고 쿠퍼는 토성 근처의 우주 정거장에 있는 병원에서 정신을 차리는데, 그곳은 머피 쿠퍼 이름에서 따온 쿠퍼 정거장입니다. 머피가 쿠퍼의 도움으로 플랜 A를 성공시키고 인류는 새로운 행성으로 이주해서 살게 된 것입니다. 쿠퍼는 할머니가 된 머피를 만납니다. 한편 에드먼즈 행성에 도착한 아멜리아는 헬멧을 벗고 숨을 쉬는데 이것은 행성의 환경과 대기가 인간이 생존할 수 있는 행성이라는 것을 보여줍니다. 애드먼즈가 지구로 보낸 신호는 사실이었습니다.
영화 속 과학이야기, 아인슈타인의 일반 상대성이론
중력이 높은 곳에서는 시간이 느려집니다. 영화의 핵심인 아인슈타인의 상대성이론은 이해하는 사람이 거의 없을 정도로 어려운 내용이지만 원리는 쉽게 설명할 수 있습니다. 예를 들어 진공상태에서 A는 우주선을 타고 시속 100km 등속으로 날아가고 있고, B는 우주선 밖에 있다고 가정합니다. 이때 A가 시속 50km의 속도로 공을 던지고, A가 B에게 공의 속도를 묻는다면 B는 150km/h라고 대답합니다. A가 만약 빛을 시속 900km로 발사한다면 B는 빛의 속도를 900km/h라고 한다. 빛의 속도는 이상하게도 A와 B 모두에게 900km/h로 보입니다. 여기서 아인슈타인은 빛의 속도가 관측자의 움직임에 상관없이 고정된 것이라고 생각하고 추론합니다. 그것이 바로 '광속 불변의 원리'이고, 광속은 관측자와 상관없이 항상 일정하다는 것입니다. 광속이 불변이라면 변하는 것은 시간입니다. 속도는 단위 시간당 이동거리인데, 우주선이 이동한만큼 거리가 늘었는데도 속도가 그대로면 변하는 것은 시간이라 할 수 있습니다. 그래서 빠르게 움직이는 물체의 시간은 느리게 흐른다는 '특수상대성이론'이 만들어집니다. 이는 시간과 공간이 절대적이라는 기존의 고전 물리학을 뒤집으며 특정 공간에서 시간이 상대적으로 달라지는 개념인 '시공간'의 표현이 이때부터 생겨납니다. 시공이란 시간과 공간이 독립된 것이 아니라 혼합된 것을 의미합니다. 우주선을 타고 있는 A가 무중력 상태에 있는데 우주선이 일정하게 속도를 높이게 되면 관성에 의해 몸이 바닥에 붙게 됩니다. 지구에 착륙한 B 역시 마찬가지로 몸이 바닥에 붙게 됩니다. 만약 우주선 밖을 볼 수 없다고 한다면 A와 B는 차이가 없습니다. 아인슈타인은 가속도에 의해 생기는 힘과 중력의 힘이 같다고 생각하면서 중력은 가속도와 같다는 '등가 원리'를 정립합니다. 다시 말해 중력이 클수록 가속도가 커지고, 가속도가 높은 시공간에서는 시간이 느리게 흐릅니다. 즉, 중력이 높은 곳에서는 시간은 느리다가 성립합니다. 그리고 질량을 가진 물체는 주변 시공간에 영향을 미쳐 휜공간과 휜시간을 만들게 됩니다. 블랙홀은 중력이 극도로 높아져서 빛마저 빠져나올 수 없을 정도로 휘어버린 시공간입니다. 인터스텔라에서는 블랙홀의 표현에 많은 공을 들였고, 영화 개봉 후 2019년 실제 발견된 블랙홀과 비교했을 때 매우 유사한 형태를 보여주었습니다. 하지만 시공간을 가로지른다는 웜홀은 이론적으로 가능하다고는 하나 아직은 존재 자체도 불투명하고 영화처럼 인류의 미래가 인위적으로 만들어질 수 있을지도 미지수입니다.