物理的実在の存在論的デフォルトとしての多体非局所性

── 例外局所と物理法則の生成

本稿は、可解性や方法論的利便性ではなく、存在論的デフォルトを基準として物理理論を再配置することを提案する。
多体は非局所的基礎構造であり、二体は例外的局所化、一体は観測における局所典型である。

Many-Body Non-Locality as the Ontological Default of Physical Reality

Exceptional Localizations and the Emergence of Physical Law

多体基礎による物理学史の再配置 — 非局所・例外局所・局所典型 —
Many-Body Non-Locality as the Ontological Default of Physical Reality: Exceptional Localizations and the Emergence of Physical Law
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要約

本稿は、物理理論を「可解性」や「方法論的利便性」ではなく、存在論的デフォルトに基づいて再配置することを提案する。従来の物理学では、一体および二体の系が基礎的構造として扱われ、多体の系はそれらの複雑な拡張として位置づけられてきた。本稿はこの階層を反転させ、多体を非局所的基礎構造、二体を例外的局所化、一体を局所典型として再定義する。

多体の系は、非局所的相関、非同期的更新、そして局所記述では消去できない関係的残差を本質的に含む。この構造は異常ではなく、物理的実在の標準状態である。二体の系は、多体構造の中に条件付きで現れる局所安定状態であり、対称性や保存則、可解性が一時的に成立する。これに対し、一体の記述は、観測や身体性に対応する局所的極限であり、実在の孤立を意味するものではない。

この再配置に基づき、本稿はいくつかの現代物理学の難問を統一的に再解釈する。ダークマターは、非局所的多体構造が二体的近似では回収できないことによって生じる非局所残渣として理解される。ダークエネルギーは、非同期的多体更新が局所的時空記述に投影されることで現れる非局所 lag 圧として解釈される。さらに、時間の矢は、根源的な不可逆性や特別な初期条件から生じるのではなく、非同期的多体更新を局所的に同期化して表現する際に生じる投影効果として位置づけられる。

本稿の目的は、新たな粒子や力を導入することではなく、既存理論の経験的成功を保持したまま、その存在論的配置を是正することにある。物理法則は、非局所的多体実在の上に生じる局所的安定化された関係パターンとして理解されるべきであり、普遍的公理ではなく、条件付きの構文的成果である。

この多体基礎の再配置は、ダークマター、ダークエネルギー、時間の矢といった個別の問題を統合的に理解するための概念的基盤を提供する。今後の課題は、この存在論的枠組みを明示的に記述する数理形式の構築と、非局所的多体残差を検証可能な形で特徴づけることである。

§1 導入

──存在論的デフォルトとしての多体再配置

物理学は長らく、一体および二体の系を基礎として構築されてきた。ニュートン力学における運動方程式、解析力学における可積分系、相対論における時空内の相互作用、量子力学における単一粒子および二体問題、量子場理論における散乱過程など、いずれも二体構造を理論的基準として採用している。この構成は、理論の可解性、対称性、保存則といった観点から見て極めて有効であり、物理学の発展を強く牽引してきた。

しかしながら、この方法論的成功は、必ずしも存在論的な妥当性を保証するものではない。現実の物理的実在は、原理的に多体的であり、完全に孤立した一体や、外界から切り出された二体が自然状態として存在することは稀である。それにもかかわらず、従来の物理学では、多体の系は一体や二体の拡張、あるいは近似的集合として扱われ、その存在論的位置づけは二次的なものに留められてきた。

本稿は、この前提そのものを再検討する。すなわち、一体・二体・多体の関係を、可解性や理論的簡潔性ではなく、存在論的デフォルトに基づいて再配置することを目的とする。ここでいう存在論的デフォルトとは、理論的操作や観測的切り出しを行う以前に成立している構造、すなわち「世界がまずどのような形で在るか」という基準を指す。

本稿の基本的主張は次の三点に要約される。
第一に、多体の系は例外的状況ではなく、非局所的相関と関係構造を本質的に含む物理的実在のデフォルト状態である。多体構造においては、系全体の状態は局所的部分の単純な和として還元できず、相関は空間的分離や局所操作によって完全には消去されない。
第二に、二体の系は、多体構造の中に条件付きで成立する例外的な局所安定化である。対称性、保存則、解析的可解性は、こうした局所安定化が成立した場合に限って顕在化する。
第三に、一体の記述は、観測者や身体性に対応する局所的典型極限であり、物理的実在の孤立的単位を意味するものではない。

この再配置により、従来「困難」あるいは「異常」とされてきた諸問題は、新たな統一的視点から再解釈される。多体問題の困難さ、量子非局所性、ダークマターやダークエネルギーの起源、さらには時間の矢の問題は、未知の実体や修正理論を要請する以前に、例外的局所記述を普遍的基準として用いてきたことの帰結として理解され得る。

本稿は、新たな粒子や力、あるいは修正重力理論を提案するものではない。また、既存理論の数理形式を直ちに置き換えることを目的ともしない。むしろ本稿の狙いは、物理理論が暗黙のうちに採用してきた存在論的前提を可視化し、その配置を是正することである。物理法則は、非局所的多体実在の上に成立する局所的に安定化された関係構文として理解されるべきであり、普遍的公理というよりも、条件付きで再現される構造的成果である。

以下では、この多体基礎の再配置に基づき、まずダークマターを非局所的多体残渣として再解釈し（§2）、次にダークエネルギーを非局所 lag 圧として位置づけ（§3）、さらに時間の矢を非同期的多体更新の投影効果として捉え直す（§4）。最後に、これらを総合し、多体存在論に立脚した物理法則観の射程と限界について議論する（§5）。

§2 ダークマター ──多体非局所残渣としての再解釈

ダークマター問題は、現代宇宙物理学において最もよく知られた未解決問題の一つである。銀河回転曲線、銀河団の力学、重力レンズ効果、宇宙背景放射の揺らぎなど、多様な観測は、可視物質および標準的重力理論のみでは説明困難な重力的効果を示している。この不一致は通常、「見えない質量成分」の存在として解釈され、粒子的ダークマター仮説や修正重力理論が提案されてきた。

しかし本稿では、ダークマターを未知の粒子や新たな基本相互作用として導入する前に、記述の基準そのものが何を前提としているかを再検討する。従来の解釈は、一体あるいは二体を基礎とする局所的力学を普遍的基準とし、その枠組みからの逸脱を「不足する質量」として読み替えてきた。すなわち、ダークマターは局所二体近似が破綻した際に生じる残差を、実体化した概念である可能性がある。

多体の系においては、系全体の挙動は局所的部分の単純な重ね合わせとして還元できない。相関は空間的に分散し、相互作用は同時的・局所的な形に整理されない。このような非局所的多体構造を、二体力学に基づく局所モデルで近似する場合、必然的に説明不能な項が残る。この残差は、計算上は「不足する重力源」あるいは「見えない質量」として現れるが、それは多体的相関そのものの痕跡である可能性がある。

本稿では、このような残差を多体非局所残渣（many-body non-local residual） と呼ぶ。多体非局所残渣とは、非局所的関係構造を局所二体分解した際に回収不能となる構造的ずれを指す。重要なのは、この残差が特定のスケールや系に固有の例外ではなく、局所二体近似を普遍化した時点で必然的に生じる構造的帰結である点である。

この観点から見ると、ダークマターの分布が可視物質と完全には一致しないこと、銀河ごとに異なる回転曲線を示すこと、さらには環境依存的な振る舞いを示すことは、特異な性質ではなく、むしろ自然な結果である。多体非局所残渣は、局所的な質量分布に単純に追随する必要がなく、系全体の関係構造に応じて現れるからである。

また、この再解釈は、粒子的ダークマター探索がこれまで決定的証拠を得ていないという事実とも整合的である。多体非局所残渣は粒子ではなく、場でもなく、記述のずれとして現れる構造的効果であるため、局所的検出器による直接検出が困難であることは自然である。

重要なのは、本稿の立場がダークマター現象そのものを否定するものではない点である。重力的効果は実在であり、観測は確かである。本稿が問い直すのは、その効果を「何として存在させるか」という存在論的選択である。多体存在論に立脚するならば、ダークマターとは「存在するが見えないもの」ではなく、非局所的多体構造が局所記述に投影された際に生じる不可避な残差として理解される。

このように捉えることで、ダークマター問題は、未知の実体の探索という枠を超え、局所化を前提とした物理記述の限界を示す指標として再定位される。次節では、この視点を拡張し、宇宙加速膨張として観測されるダークエネルギー現象を、非局所的多体更新に由来する lag 圧として再解釈する。

§3 ダークエネルギー ──非局所 lag 圧としての再解釈

ダークエネルギーは、宇宙の加速膨張を説明するために導入された概念であり、現代宇宙論においてダークマターと並ぶ中心的課題である。Ia型超新星の距離測定、宇宙背景放射の角度スケール、バリオン音響振動などの観測は、宇宙の膨張が減速ではなく加速していることを示しており、この加速を駆動する成分としてダークエネルギー、あるいは宇宙定数が想定されてきた。

標準的な理解において、ダークエネルギーは一様に分布する負圧成分、あるいは真空エネルギーとして扱われる。しかし、この解釈は深刻な理論的困難を伴う。特に、量子場理論に基づく真空エネルギーの推定値と、宇宙論的に観測されるエネルギー密度との間には、著しい乖離が存在する。この問題は、しばしば「宇宙定数問題」として知られている。

本稿では、ダークエネルギーを独立した物質成分や場として導入する前に、加速膨張という現象がどのような記述操作の結果として立ち現れているかを再検討する。従来の宇宙論は、局所的に定義された時間と距離を全宇宙にわたって同期的に適用し、宇宙全体を一つの有効的な二体問題、すなわち「時空とエネルギー成分の相互作用」として扱ってきた。この前提自体が、非局所的多体構造を本質的に捨象している可能性がある。

多体存在論の観点から見ると、宇宙は非局所的に結合した多数の自由度から成り、それらは必ずしも同期的に更新されない。すなわち、系全体としての関係構造は、局所的時間座標による一様な進行として表現できず、更新のずれ（lag） を内在的に含む。この lag は、局所的には微小であっても、宇宙論的スケールでは累積し、観測量に体系的な偏差をもたらし得る。

本稿では、このような非同期的更新に起因する構造的効果を、非局所 lag 圧（non-local lag pressure） と呼ぶ。非局所 lag 圧とは、非局所的多体構造が、局所的に同期化された時空記述へと投影される際に生じる有効的な圧力項であり、実体的なエネルギー成分を仮定せずとも加速膨張的効果を生み出す。

この再解釈において重要なのは、ダークエネルギーが「斥力」や「負の圧力」として実在する必要がない点である。加速膨張は、非局所的多体更新が局所的時間発展に無理に整列させられた結果として、記述上の応答として現れる。言い換えれば、ダークエネルギーとは、宇宙が本質的に非同期であるにもかかわらず、それを同期的に記述しようとする試みが生み出す反作用である。

この観点からは、ダークエネルギーの一様性やスケール依存性の弱さも自然に理解される。非局所 lag 圧は、局所的な物質分布に直接対応するものではなく、関係構造全体の更新様式に由来するため、空間的にほぼ一様な効果として観測されやすい。また、ダークマターが多体非局所残渣として系ごとに異なる振る舞いを示すのに対し、ダークエネルギーは宇宙全体にわたる更新構造の反映として現れる点で、両者は役割を異にする。

このように、ダークエネルギーを非局所 lag 圧として捉えることで、宇宙定数問題は「なぜ真空エネルギーが小さいのか」という問いから、「なぜ非同期的多体更新を同期的時空構文に押し込めているのか」という問いへと転換される。問題はエネルギーの量ではなく、時間と関係の記述様式にある。

次節では、この視点をさらに一般化し、時間の不可逆性、すなわち時間の矢が、非同期的多体更新を局所的一体記述へと投影する過程でどのように立ち現れるかを検討する。

§4 時間の矢──非同期多体更新の投影としての再解釈

時間の矢、すなわち時間が一方向にのみ進行するという経験的事実は、物理学における最も根本的かつ持続的な問題の一つである。ミクロな力学法則の多くが時間反転対称であるにもかかわらず、マクロな現象においては不可逆性が顕在化する。この不整合は、統計力学におけるエントロピー増大、初期条件問題、粗視化の導入などを通じて説明されてきたが、いずれも「なぜ時間が向きを持つのか」という問いを完全に解消するものではない。

従来の議論に共通する前提は、時間を系全体にわたって一様に定義された外部パラメータ、あるいは普遍的座標として扱う点にある。不可逆性は、その時間軸上で生じる確率的偏りや情報の散逸として理解される。しかしこの枠組みでは、時間の矢は力学に付加された副次的性質に留まり、時間そのものの存在論的位置づけは曖昧なままである。

本稿では、時間の矢を独立した原理や特別な初期条件に求めるのではなく、非同期的な多体更新構造を局所的一体記述へと投影する際に生じる構造的効果として再解釈する。多体存在論の立場では、系を構成する自由度は必ずしも同時に、同じ時間尺度で更新されない。関係構造は局所的・断片的に更新され、その全体的整合は後追い的に形成される。

このような非同期的多体更新においては、「現在」「過去」「未来」といった区別は、系全体に先立って与えられるものではない。むしろ、それらは局所的な視点が関係構造の更新を整理するために導入する記述上の秩序である。一体的視点、すなわち観測者や身体に対応する局所記述は、多体構造の一部に過ぎず、そこでは更新の順序が一列の時間軸として再構成される。

本稿では、この再構成過程こそが時間の矢の起源であると主張する。非同期的多体更新を、一体的局所記述において表現するためには、更新を線形順序へと並べ替える必要がある。この操作は、不可避的に「前」と「後」を生み出し、更新の取り消しや再配置を許さない形式で履歴を固定する。時間の不可逆性は、力学法則の非対称性ではなく、非同期構造を同期的表現へと射影する際の情報的拘束に由来する。

この観点からは、エントロピー増大は時間の矢の原因ではなく、その帰結として理解される。局所的一体記述において更新履歴が一方向に蓄積されるため、可逆的な微視的状態遷移であっても、マクロには秩序から無秩序への傾向が観測される。エントロピーは、非同期的多体更新が一体的時間軸へと圧縮された際に生じる記述的指標である。

さらに、この再解釈は、§3で論じた非局所 lag 圧とも整合的である。ダークエネルギーが、非同期的多体更新を同期的時空構文へと押し込めた際に現れる全体的反作用であったのに対し、時間の矢は、同じ構造が一体的視点において局所化された結果として現れる。両者はスケールの異なる投影効果であり、共通の起源を持つ。

このように、時間の矢を非同期多体更新の投影として捉えることで、不可逆性は特別な仮定を要する現象ではなく、多体実在と局所記述の関係から必然的に生じる構造的帰結として理解される。時間は世界に先立って流れるものではなく、関係が更新され、その更新を整理する過程で立ち現れる。

次節では、これまでの議論を総合し、多体存在論に基づく物理法則観が、従来の法則理解とどのように異なり、どの範囲まで有効であるのかを検討する。

Figure 1. Ontological reordering of physical description.
Many-body systems constitute the non-local default of physical reality. Two-body systems appear as exceptional local stabilizations within this structure, enabling symmetry and solvability. One-body descriptions represent typical local limits associated with observation.
Dark matter, dark energy, and the arrow of time emerge as projection effects when non-local many-body structure is forced into locally synchronized descriptions.

§5 総合的議論──多体存在論と物理法則

本稿では、多体を非局所的な存在論的デフォルトとして再配置することで、ダークマター、ダークエネルギー、時間の矢といった一見異質な問題群を、共通の構造から理解できることを示してきた。本節では、これらの再解釈が物理法則の理解そのものに対してどのような含意を持つのかを総合的に検討する。

従来の物理学において、物理法則は普遍的かつ基礎的なものとして位置づけられてきた。法則は一体や二体の系において明確に定式化され、対称性や保存則と結びつけられることで、その一般性が保証されてきた。この枠組みにおいては、多体の系は原理的困難を伴う例外的対象であり、法則の適用範囲を試す「複雑な応用問題」として扱われる傾向が強かった。

しかし、多体存在論の立場から見ると、この関係は逆転する。多体的・非局所的構造こそが物理的実在の標準状態であり、一体や二体の記述は、その中に条件付きで成立する局所的安定化に過ぎない。したがって、物理法則とは、非局所的多体実在の上に成立する安定した関係パターンを抽出したものであり、存在論的に一次的なものではない。

この再配置において重要なのは、物理法則の有効性が否定されるわけではない点である。むしろ、法則がなぜこれほどまでに成功してきたのかが、より明確になる。対称性や保存則は、多体構造の中で局所的な切り出しがうまく機能した場合に現れる安定条件であり、その条件が満たされる限りにおいて、法則は高い再現性と予測力を持つ。法則の普遍性とは、世界全体に常に成立するという意味ではなく、特定の構文条件が反復的に成立することを指す。

§2および§3で論じたダークマターおよびダークエネルギーは、この構文条件が破綻した際に現れる指標として理解できる。ダークマターは、空間的に非局所な多体相関が局所二体分解に収まらなかった場合の残差であり、ダークエネルギーは、時間的に非同期な多体更新が同期的時空構文に整列させられた際の反作用である。いずれも、物理法則が誤っていることを示すのではなく、法則が適用される前提条件が満たされていないことを示している。

また、§4で論じた時間の矢の再解釈は、法則と時間の関係に新たな光を当てる。時間の不可逆性は、法則に内在する非対称性ではなく、非同期的多体更新を一体的局所記述へと射影する過程で生じる構造的制約である。この観点からは、時間は法則を支配する背景ではなく、法則が成立する記述条件の一部として位置づけられる。

以上を踏まえると、物理法則は次のように再定義される。すなわち、物理法則とは、非局所的多体実在の上に生じる局所的・同期的・低次元的な記述が安定した際に現れる関係構文である。法則は世界を支配するものではなく、世界のある側面が繰り返し同じ形で現れることを可能にする、構造的な縮約の成果である。

この理解は、物理学の方法論にも含意を持つ。未知の現象に直面した際、直ちに新たな実体や相互作用を仮定するのではなく、まずどのレベルの局所化や同期化が前提とされているかを問い直す必要がある。多体存在論は、物理学における説明の失敗を「欠けた要素」の問題ではなく、「配置の問題」として捉え直す視点を提供する。

次に示す結論では、本稿の位置づけを簡潔にまとめるとともに、この多体基礎の再配置が今後の理論構築および数理的定式化に対して持つ可能性と限界について述べる。

結論

本稿は、物理理論を可解性や方法論的利便性ではなく、存在論的デフォルトに基づいて再配置することを提案した。その中核的主張は、多体的・非局所的構造こそが物理的実在の標準状態であり、一体および二体の記述はその中に条件付きで成立する局所的極限や例外的安定化であるという点にある。

この再配置に基づき、本稿はダークマター、ダークエネルギー、時間の矢という現代物理学の代表的難問を、共通の構造から再解釈した。ダークマターは、非局所的多体相関を局所二体近似へと分解した際に回収不能となる多体非局所残渣として理解される。ダークエネルギーは、非同期的多体更新を同期的時空構文に整列させる過程で生じる非局所 lag 圧として位置づけられる。時間の矢は、非同期構造を一体的局所記述へと射影する際に不可避的に生じる記述上の秩序化効果である。

これらの再解釈は、新たな粒子や力、あるいは修正重力理論を導入するものではない。むしろ、従来の物理理論が暗黙のうちに前提としてきた局所化・同期化・低次元化という操作を可視化し、それらが成立しない領域において生じる現象を、理論の欠陥ではなく配置の問題として捉え直すものである。

この観点から見ると、物理法則は世界を支配する普遍的公理ではなく、非局所的多体実在の上において、特定の構文条件が反復的に成立したときに現れる局所的に安定した関係構文である。法則の成功は否定されるべきものではなく、むしろその成功が成立する条件を明確に区別することが求められる。

本稿の貢献は、予測的理論の提示ではなく、物理学における基礎的問いの立て方を再配置することにある。多体非局所性を例外ではなく出発点として受け入れるならば、未知の現象は「何が欠けているか」ではなく、「どのような局所化が前提とされているか」という問いのもとで再検討されるべきである。

今後の課題は、この存在論的再配置を明示的に記述できる数理的枠組みの構築と、多体非局所残渣や lag 圧が観測的にどのような特徴を持つのかを具体化することである。本稿が示したのは、そのための理論的出発点である。

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| Drafted Jan 30, 2026 · Web Jan 30, 2026 |