Oscillators Library

Библиотека для моделирования рождения материи во Вселенной.

Описание

Эта библиотека реализует различные космологические модели для симуляции процессов, происходивших в ранней Вселенной:

• Параметрический резонанс — механизм разогрева после инфляции
• Лептогенез — генерация барионной асимметрии через CP-нарушение
• Квантовое рождение — частицы из вакуумных флуктуаций
• Полная симуляция — от инфляции до современного состава Вселенной

Установка

Через PyPI (рекомендуется)

pip install oscillators-cosmology

Из исходников

# Клонирование репозитория
git clone https://github.com/xtimon/oscillator.git
cd oscillator

# Установка в режиме разработки
pip install -e .

# Или только зависимости
pip install -r requirements.txt

Быстрый старт

Быстрая демонстрация

python run_examples.py --quick

Полная симуляция рождения материи

from oscillators import MatterGenesisSimulation

# Создание симуляции
sim = MatterGenesisSimulation(
    volume_size=10.0,
    initial_inflaton_energy=1e16,
    hubble_parameter=1e-5
)

# Запуск эволюции Вселенной
history = sim.evolve_universe(total_time=1000.0, dt=0.1)

# Визуализация результатов
sim.visualize_genesis(history)

Параметрический резонанс

from oscillators import ParametricResonance

# Создание модели
resonance = ParametricResonance(inflaton_mass=1e13, coupling=1e-7)

# Анализ резонансных полос
results = resonance.simulate_resonance_bands()

# Скорость рождения частиц
rate = resonance.particle_production_rate(phi_amplitude=1e16, k=1.0)
print(f"dn/dt = {rate:.2e}")

Лептогенез

from oscillators import LeptogenesisModel

# Создание модели
model = LeptogenesisModel(M=1e10, Yukawa=1e-6, CP_violation=1e-6)

# Решение уравнений Больцмана
asymmetry = model.solve_leptogenesis()
print(f"Барионная асимметрия: {asymmetry:.2e}")

Квантовое рождение в расширяющейся Вселенной

from oscillators import QuantumCreationInExpandingUniverse

# Создание модели
model = QuantumCreationInExpandingUniverse(mass=0.1, expansion_rate=0.01)

# Анализ рождения частиц
results = model.analyze_particle_creation()

Модель осцилляторов со спином

from oscillators import PrimordialOscillatorUniverse

# Создание вселенной осцилляторов
universe = PrimordialOscillatorUniverse(total_energy=50.0)

# Симуляция нарушения симметрии
history = universe.simulate_symmetry_breaking(steps=500)

# Визуализация
universe.visualize_evolution(history)

Полная детальная модель

from oscillators import DetailedMatterGenesis

# Создание полной модели
model = DetailedMatterGenesis()

# Запуск симуляции всех фаз
results = model.simulate_full_genesis()

Запуск примеров

# Список всех примеров
python run_examples.py --list

# Запуск конкретного примера
python run_examples.py --example matter_genesis
python run_examples.py --example spin_dynamics
python run_examples.py --example detailed_genesis
python run_examples.py --example parametric_resonance
python run_examples.py --example leptogenesis
python run_examples.py --example quantum_creation

# Запуск всех примеров
python run_examples.py --all

# Информация о библиотеке
python run_examples.py --info

Командная строка (CLI)

После установки через pip доступна команда oscillators:

# Информация о библиотеке
oscillators info

# Быстрая симуляция рождения материи
oscillators simulate --quick

# Полная симуляция с параметрами
oscillators simulate --time 1000 --output ./report --save-report

# Детальная симуляция всех фаз
oscillators detailed

# Калибровка под данные Planck
oscillators calibrate

# Список примеров
oscillators examples --list

# Бенчмарк производительности
oscillators benchmark

# Справка по командам
oscillators --help

Структура проекта

oscillator/
├── oscillators/                # Основная библиотека
│   ├── __init__.py            # Экспорт классов
│   ├── __main__.py            # CLI интерфейс
│   ├── core.py                # Базовые типы данных
│   ├── models.py              # Физические модели
│   ├── simulation.py          # Комплексные симуляции
│   ├── visualization.py       # Визуализация результатов
│   ├── calibration.py         # Калибровка моделей
│   ├── logging_config.py      # Настройка логирования
│   └── examples.py            # Примеры использования
├── tests/                     # Юнит-тесты
│   ├── test_core.py
│   ├── test_models.py
│   └── test_simulation.py
├── report/                    # Результаты симуляций
├── run_examples.py            # Главный скрипт запуска
├── main.py                    # Точка входа
├── pyproject.toml             # Конфигурация проекта
├── requirements.txt           # Зависимости
└── README.md                  # Документация

Модули

core.py — Базовые типы

• SpinType — типы спина (скаляр, спинор, вектор, тензор)
• ParticleType — типы частиц (кварки, лептоны, фотоны и др.)
• Particle — класс частицы с физическими свойствами
• QuantumOscillator — квантовый осциллятор с учетом спина
• PhysicalConstants — физические константы

models.py — Физические модели

• ParametricResonance — параметрический резонанс (уравнение Матье)
• LeptogenesisModel — лептогенез через распад тяжелых нейтрино
• QuantumCreationInExpandingUniverse — квантовое рождение (формализм Боголюбова)

simulation.py — Симуляции

• MatterGenesisSimulation — полная симуляция рождения материи
• PrimordialOscillatorUniverse — модель вселенной как осцилляторов
• DetailedMatterGenesis — интегрированная модель всех процессов

Физические основы

Параметрический резонанс

После инфляции поле инфлатона осциллирует около минимума потенциала. Это создает параметрическую неустойчивость, описываемую уравнением Матье:

ẍ + (a - 2q cos(2t))x = 0

В зонах неустойчивости число частиц растет экспоненциально.

Лептогенез

Тяжелые нейтрино распадаются с нарушением CP-симметрии:

N → l + H   vs   N → l̄ + H̄

Эта асимметрия конвертируется в барионную через сфалеронные переходы.

Квантовое рождение

В расширяющейся Вселенной вакуум не стационарен. Коэффициенты Боголюбова связывают вакуумы в разные моменты времени:

n_k = |β_k|²

где n_k — число рожденных частиц с импульсом k.

Результаты симуляций

Библиотека позволяет получить:

• Спектр рожденных частиц по импульсам
• Эволюцию состава Вселенной во времени
• Барионную асимметрию η ≈ 6×10⁻¹⁰
• Современный состав (68% ΛE, 27% DM, 5% барионы)

Разработка

Установка dev-зависимостей

pip install -e ".[dev]"

Запуск тестов

pytest tests/ -v

Покрытие кода

pytest tests/ --cov=oscillators --cov-report=html

Лицензия

MIT License

Автор

Timur Isanov — xtimon@yahoo.com