Caro Vittorio,
la tua domanda mette in luce uno degli aspetti più belli di quanto Einstein ha capito del mondo. Ecco la soluzione. Immagina di segnare sulla strada tre punti: il punto 1, il punto 2 e il punto 3. Il punto 2 lo segnamo giusto all'uscita del tunnel. Il punto 1 un po' più indietro (cioè ancora dentro al tunnel) e il punto 3 un po' più fuori. Ti dico fra un po' come determinare i punti 1 e 3.
Se tu sei seduto sul fronte dell'altro, passi prima per il punto 1, poi 2, poi 3. Diciamo che nel momento 1 passi per il punto 1, nel momento 2 passi per il punto 2 e nel momento 3 passi per il punto 3. Domada: quale di questi tre passaggi avviene "precisamente nello stesso momento in cui il retro dell'automobile entra nel tunnel?"
Bene, quello che Einstein ha capito del mondo, è che questa domanda non ha nessun senso. E' un po' come chiedere: "qual'è la stella che sta esattamente sopra alla Terra: quella sopra Milano o quella sopra Sydney". Ovviamente dipende da cosa si intende "sopra la terra". Sopra per un milanese non vuol dire la sessa cosa che sopra per un abitante di Sydney. A noi ci sembra che "sopra" sia ben definito, perchè la Terra è così grande che se mi muovo di tre metri da te il mio "sopra" e il tuo "sopra" sono ancora praticamente lo stesso. Ma se vivessimo su un pianetino piccolissmo, sapremmo bene che "sopra" è una direzione che dipende da chi sta parlando.
Bene, Einstein ha capito che dire "nello stesso momento" non ha alcun senso, in natura. C'e' uno "stesso momento" per uno e uno stesso momento per un altro. Noi siamo abituati a pensare che esiste "uno stesso momento" buono per tutti solo perché la luce va molto veloce, molto più veloce di quanto noi ci muoviamo o pensiamo, e quindi in brevissimo tempo la luce arriva dappertutto, e a noi sembra che arrivi "istantaneamente".
Se ci pensi, è esattamente quello che tu dici nella tua domanda: tu dici "se faccio una foto, l'immagine della foto sarà ben definita, no?". Ebbene no, perchè quando fai la foto hai due possibilità: una è stare con la macchina fotografica dentro il tunnel, e l'altra è fare una foto stando dentro l'automobile, o muovendoti insieme all'automobile, per esempio in piedi sul tetto.
Perché se la macchina fotografica si muove fa una foto diversa? Beh, è semplice. Semplicemente perchè il raggio di luce ci mette del tempo per andare dall'oggetto alla macchina fotografica, e durante questo tempo la macchina fotografica si può spostare. Immagina che la macchina fotografica sia sul tetto dell'automobile. Un raggio di luce che parte dal retro dell'automobile nel momento in cui questo entra nel tunnel ci metterà del tempo per rincorrere la macchina fotografica che sta muovendosi con l'automobile. Mentre un raggio di luce che parte dal davanti dell'automobile arriverà alla macchina fotografica più in breve, perchè la macchina gli corre incontro. Se fai un disegnino, ti renderai conto facilmente che la fotografia risultante fotograferà il retro della macchina nel momento in cui entra nel tunnel insieme al fronte della macchina quando è nel punto 3, fuori dal tunnel. Mentre una macchina fotografica che sta ferma dentro tunnel, fotograferà il retro della macchina nel momento in cui entra nel tunnel insieme al fronte della macchina quando è nel punto 1, ancora dentro al tunnel. Non c'e' nulla di misterioso, è giusto questione di fare un disegnino ben fatto per capire che è così. E non c'è nulla di strano.
Quello che è strano, e che ha capito Einstein, è la cosa seguente. A noi verrebbe istintivo di dire: "La macchina fotografica ferma mostra il fronte e il retro dell'auto in due momenti che sono davvero contemporanei, mentre la macchina fotografica che si muove, ci mostra un'immagine distorta". E qui c'è il punto cruciale: chi ci dice quale dei due punti di visti è quello vero? Chi ci dice quale delle due macchine fotografiche definisce la "vera" istantaneità? Ci dovrebbe essere un modo di distinguere un sistema di riferimento "migliore degli altri", o più vero. Ma Einstein, capisce che, come aveva già chiarito Galileo Galilei, in realtà i due punti di vista sono equivalenti, e nessun fenomeno fisico rende un o dei due "più vero". Rispetto alla macchina fotografica ferma nel tunnel, l'entrata del retro dell'auto nel tunnel è *contemporanea* al momento in cui il fronte è in 1; rispetto alla macchina fotografica sul tetto dell'auto, l'entrata del retro dell'auto nel tunnel è *contemporanea* al momento in cui il fronte è in 3; e nessuno dei due punti di vista è più vero dell'altro.
La sostanza della scoperta è che la nozione di "essere contemporaneo" è mal definita, come è mal definita la nozione di "sopra". Più precisamente, la nozione di sopra diventa ben definita specificando un punto della Terra, mentre la nozione di "contemporaneo" diventa definita sopo specificando una certa macchina fotografica, ovvero un certo osservatore, ovvero un certo "riferimento inerziale".
In altre parole, non è che l'auto diventi magicamente più grande o più piccola. E' che il momento (2) in cui il fronte dell'auto esce dal tunnel avviene *prima* che il retro entri nel tunnel per chi è nell'auto, mentre avviene *dopo* che il retro dell'auto è già entrato nel tunnel per chi sta fermo rispetto al tunnel.
"Prima" e "dopo" sono nozioni relative, non assolute. Come "sopra" e "sotto" che sono rovesciati fra Milano e Sydney.