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文档简介
来自我国资本市场的经验证据摘要:本文利用我国推行审计委员会制度之前的公司样本,从会计独董对不利审计意见规避的角度来验证会计独董是否影响审计委员会的公司治理效率。本文的经验证据显示,上市公司设立审计委员会并配备具有会计专长的独立董事,更趋于积极规避不利审计意见。而且,上市公司的审计委员会所聘会计独董的背景不同,其在规避不利审计意见上存在显著的行为差异,因而总体上我国审计委员会具有治理有效性和治理效率的差异性等特点。关键词:审计委员会;会计独董;公司治理;审计意见
一、引言按照我国公司治理规范的要求,上市公司需设立审计委员会并且配备至少一名会计专业的独立董事,有助于其有效地发挥公司治理作用,确保董事会有效地履行其监督职能,保证财务报告的质量,控制公司内部风险。在国外,相关规范对审计委员会成员的要求很严格。2021年美国的蓝带委员会要求所有审计委员会的成员必须全为非执行董事,审计委员会中至少有一名成员具有“会计或相关的财务专长”。2021年的萨班斯法案强制性地要求上市公司披露其审计委员会是否具备一名财务专业人士(financialexpert),其301条款规定审计委员会的成员必须全部为独立董事。不过该法案所指财务专业人士涵盖了非会计背景的财务专业人士,以至于有研究质疑非会计背景的财务专业人士是否有能力提高财务报告的质量[1]。本文在现有国内外文献的基础上,考虑我国的制度背景,挖掘我国上市公司审计委员会的关键性特征,通过选择会计独董这一独特的治理角色,来检验会计独董是否影响到审计委员会的监督职能。与同样是研究审计委员会治理效率问题的文献相比,本研究选择了会计独董这一审计委员会研究的新视角,丰富了现有的研究,所得研究结论既支持了现有文献发现的审计委员会具有总体上的治理有效性的结论,也得到新的结论,即会计独董和审计委员会在治理效率上存在差异性。
二、审计委员会中财务专业人士的治理角色自萨班斯法案强调了审计委员会中财务专业人士的作用以来,近年来的文献都热衷于研究审计委员会中财务专业人士对审计委员会治理效率的影响。Abbott等人的研究得出,审计委员会中有至少一名财务专业人士,公司发生报表重述的可能性较小[2]。Bedard等人的研究发现,审计委员会成员具有财务或公司治理专业特长,公司就不可能进行激进的盈余管理,其中的财务专长人士主要指具有注册会计师(CPA)资格或财务分析师(CFA)资格,或是具有财务和会计工作经验的人士[3]。Lee等人的研究得出,审计委员会中财务专业人士的比例越高,越不可能发生审计师辞退的现象[4]。Song等人的研究得出,具有财务知识并且活跃的董事对审计委员提高财务报告的质量有显著的贡献[5]。此外,Zhang等发现审计委员会中财务专业人士能起到抑制内部控制缺陷的作用[6]。还有文献发现市场支持审计委员会聘任具有会计背景的财务专业人士[1]。国内已有一些实证研究文献关注到审计委员会的治理有效性,它们分别从审计师选聘、审计意见、审计收费、报表重述和盈余质量等多角度研究了我国审计委员会的治理效果。有的研究支持审计委员会的治理有效性,有的研究则不支持,总的来说,现有研究没有取得一致结论。不过,现有的研究存在一个基本的局限,即观察变量大都局限于设立和未设立审计委员会,部分文献采用了审计委员设立的时间长短及独立董事的比例,缺乏对我国制度背景下审计委员会的关键特征变量的挖掘,如公司的审计委员会在聘请会计独董上的差别,会计独董在独立性和专业胜任性上的差异等,因此研究的说服力还不够。本研究选取会计独董为研究切入点,利用上市公司在聘任会计独董上的较大差异,检验其对审计委员会治理有效性的影响。因为审计委员会在履行相关治理职能时均会触及审计质量层面,并与上市公司的审计意见相关联[7],这为通过审计意见来观察审计委员会履行公司治理职责的效果提供了研究机会。本文选取审计委员会规避“非标”审计意见这一研究视角,来观察会计独董和审计委员会的治理效果。
三、理论基础与假设提出(一)独立性和专业胜任性的有机统一决定了审计委员会治理的有效性审计委员会是专业性很强的董事会专门委员会,集中地承载了公司董事会所授予的监督职能,体现在对内外部审计、内部控制以及财务信息披露的监督上。首先,审计委员会要有效地履行这些专业性很强的监督工作的条件之一,是其关键成员必须要有很强的专业胜任能力即会计专长(或财务专长)。其次,审计委员会履行监督职能,需要有独立于大股东影响的以保护中小股东的利益为出发点的董事,独立性构成了其有效履行职责的又一个条件。通过合理地安排审计委员会的人员构成,将独立性和专业胜任性有机地统一起来,可以保证其有效地履行董事会的监督职能。但是,如果具有专业胜任能力的会计专业人士是内部董事,而具有独立性特征的独立董事又不直接具有专业胜任能力,那这两个要素就无法实现有机的统一,则很难期望会形成有效的审计委员会。各国的公司治理规范机构也逐渐认识到具有会计专长(或财务专长)的独立董事(或外部董事)即本文所称的“会计独董”的重要性,因为这一角色能集独立性和专业胜任性于一身,加之得到其他内、外部董事等成员的协助,从而使审计委员会能有效地履行公司治理职责,降低监督工作中的不确定。(二)有效的审计委员会治理与会计独董的履职取向1.会计独董趋于积极规避不利审计意见一方面,审计委员会在内部控制、内部审计的监督,以及财务信息披露的审核等方面的履职有利于确保公司财务会计行为的规范性和财务信息质量,审计委员会有效的内外审计沟通工作有利于协调审计冲突[7]。另一方面,公司都会理性地规避不利审计意见,因为大部分的“非标”审计意见反映了公司会计行为和其他经营行为的不规范性以及较低的财务报告质量,同时“非标”审计意见影响到投资者的价值预期,会给上市公司带来负面的市场信号[8]。因此,公司被出具“非标”审计意见的结果与审计委员会的有效作用是相悖的,因为公司不规范的会计和经营行为以及财务信息质量问题可能归咎于审计委员会的监督失职之过。作为上市公司审计委员会中最熟悉会计过程和审计业务,并担负监督职责的会计独董,对公司可能被出具“非标”审计意见保持高度的关注。因而,积极履职的审计委员会通过有效的监督工作,确保公司会计行为的规范性,并保持与内外审计师有效的沟通,从而降低公司被审计师出具“非标”审计意见的概率。这构成了会计独董借助于审计委员会这一公司治理机制有效地履行监督职责,积极规避不利审计意见的行为逻辑。会计独董不仅有强烈的动机而且也有可能规避不利审计意见,这得益于会计独董的独立性和专业胜任性,其不仅熟悉“非标”审计意见的形成原因和后果,而且具有董事会所授予的独立监督权。独立性和专业胜任性的有机统一为其规避不利审计意见提供了有力的保障,而自身的免责需要是其规避不利审计意见的原动力。从这一意义上讲,聘请了会计独董的审计委员会与不利审计意见之间具有不兼容性。因此,从会计独董的治理角色来看审计委员会的公司治理效率,可以得出,审计委员会聘请了会计独董更可能保证其有效地履行监督职能以避免公司被出具不利审计意见。因此,本文形成第一个待检验的假设:假设1:聘请会计独董的审计委员会更可能规避不利的审计意见。2.会计独董之间存在履职差异美国市场的经验证据显示,公司在聘请财务专业人士上存在很大的差别,所聘任的财务专业人士的专业背景是审计委员会发挥作用并得到市场认可的关键因素[1]。而在我国,迫于监管层的公司治理规范要求,公司设立符合治理规范的审计委员会,就必须要聘请会计独董,但是聘请什么背景的会计独董,各个公司的动机却有不同①。一方面,从风险与收益观的角度来分析,不同背景的会计独董受聘担任某一公司的独立董事,会有不同的利益考虑和风险偏好,因此,这可能损害到其独立性,如偏好高风险的会计独董可能更不谨慎,以至于无法独立地发表意见。另一方面,会计独董在专业知识和经验上并非没有差异,这会影响到其专业胜任性。而如果会计独董的集独立性和专业胜任性于一身的优势受到影响,在审计委员会发挥治理作用的过程中,可能会导致履职效果上的差异。这一理论逻辑表明,审计委员会能否有效地发挥公司治理作用,不仅受到是否聘任会计独董的影响,也可能会受到会计独董的背景的影响,即不同背景的会计独董在独立性和专业胜任性上存在差异,从而导致履职效果上的差别。按照这一理论分析,从审计意见的角度来观察,不同背景的会计独董在不利审计意见的规避上会存在一定的行为差异。基于这一理论逻辑,得到第二个待检验的假设:假设2:审计委员会所聘会计独董的背景不同,在规避不利审计意见上存在差异。
四、研究设计(一)样本与数据特别需要指出的是,本文的研究对象为2021~2021年沪深A股上市公司,这一期间为我国开始推广审计委员会制度的前三年,公司之间在是否设立审计委员会以及审计委员会在聘请会计独董上存在较大的差别。而2021年以后我国监管部门强制要求上市公司必须设立审计委员会,许多审计委员会的特征也基本相同,如都会聘请会计背景的独董。因此2021~2021年间公司间的较大差异确保了本研究具有理想的观察背景。上市公司设立审计委员会的数据取自CSMAR数据库,会计独董背景的数据手工收集于上市公司的年度报告,审计意见、财务指标等数据均来源于CSMAR数据库。本研究在剔除了一些主要指标缺失的上市公司样本和金融类上市公司的样本,以及无法查找会计独董背景的公司样本后,三年总共得到3739个样本公司的横截面数据。(二)研究方法为检验两个假设,借鉴王跃堂和涂建明的研究[7],本文建立以下审计意见Logistic回归模型:模型1:OP=b0+b1AC_F+b2AC_NF+b3LNTA+b4DR+b5CR+b6REC_R+b7INVEN_R+b8ROA+b9DL+ε模型2:OP=b0+b1AC_F0+b2AC_F1+b3AC_F2+b4LNTA+b5DR+b6CR+b7REC_R+b8INVEN_R+b9ROA+b10DL+ε其中:OP为两个模型的被解释变量,当公司被出具“非标”审计意见时OP取1,否则取0。模型1的解释变量为AC_F和AC_NF,当公司设立的审计委员会中聘有至少一名会计独董时,AC_F取1,否则为0;当公司设立的审计委员会中无会计独董时,AC_NF取1,否则为0。从AC_F变量的定义可知,它代表公司设立了一个符合我国公司治理规范的审计委员会(即聘有至少一名会计独董),而AC_NF代表未达到治理规范要求的审计委员会。模型2的解释变量为AC_F0(该哑变量表示公司设立的审计委员会中聘有至少一名来自实务界的会计独董)、AC_F1(该哑变量表示公司设立的审计委员会中聘有至少一名来自高校的会计独董)和AC_F2(该哑变量表示公司设立的审计委员会中聘有至少一名政府背景的会计独董),代表以不同的会计独董的背景为基础划分的三类审计委员会。其他变量为文献7中审计意见模型的基本控制变量,包括:LNTA(总资产的自然对数),DR(资产负债率),CR(流动比率),REC_R(应收账款占流动资产的比重),INVEN_R(存货占流动资产的比重),ROA(总资产报酬率),DL(净资产报酬率处于[0,1%]区间的哑变量)。按照假设1的理论预期,变量AC_F的系数应显著为负,反映设立符合治理规范要求的审计委员会更可能积极规避不利审计意见。按照假设2的理论预期,变量AC_F0、AC_F1和AC_F2的系数在显著性和符号上应呈现差别,表明来自不同背景的会计独董在规避不利审计意见上存在明显的行为差异。通过这两个模型的实证分析,检验审计委员会聘请会计独董的不同特征是否影响到公司被出具不利审计意见的可能性。
五、实证结果与解释(一)描述性统计表1统计了所有设立审计委员会的公司,从中可以看出,2021年为我国审计委员会大规模发展的起点,每年达到10%左右的增幅。从聘用会计独董的情况来看②,2021年43.54%的审计委员会未配齐会计独董。到2021年,未配齐会计独董的审计委员会比例减至19.08%,到2021年减为17.5%,即已有82.5%的审计委员会拥有一名以上的会计独董,而拥有二名以上的极少。这些数据表明,在《上市公司治理准则》的影响下,我国上市公司不断地建立审计委员会并聘任会计独董,但公司间差异明显。表1审计委员会中会计独董的人数统计年度已设立审计委员会的公司无会计独董一名会计独董两名会计独董三名会计独董数量比例数量比例数量比例数量比例数量比例202135630.10%15543.54%19554.78%61.69%00.00%202154543.40%10419.08%40874.86%325.87%10.18%202170352.40%12317.50%55378.66%263.70%10.14%表2审计委员会中会计独董的背景统计年度会计独董总数政府背景高校背景实务背景数量比例数量比例数量比例数量比例2021207100%2210.63%10349.76%8239.61%2021475100%234.84%20442.95%24852.21%2021608100%386.25%23839.14%33254.61%
表2显示,来自于政府背景的会计独董,总体比例较低,三年相对比例呈下降趋势。来自于实务界的会计独董,三年总体比例在上升,并超过50%。来自于高校的会计独董,三年中从最初的几乎占一半,降低了10%左右,达到了39.14%。这些数据表明,公司治理改革为各类会计专业人士提供了以会计独董角色为社会服务的新渠道。不过其背后还隐含,各类会计独董的聘任会受到任职资格限定、人员的供应和风险偏好程度的影响,各类会计独董在受聘担任独立董事职位时的动机、风险利益观、专业知识和经验等方面存在一定的差别,这可能影响到其履职效果。此外,将三年的样本公司分成标准无保留审计意见组(3358家)和“非标”审计意见组(381家),两组公司在是否设立符合治理规范要求的审计委员会、审计委员会的具体特征以及公司主要财务特征上存在显著的差异,除了AC_NF、AC_F0、AC_F2和REC_R等变量的显著性检验未通过之外,包括AC_F(审计委员会是否聘请会计独董)和AC_F1(审计委员会是否聘请来自高校背景的会计独董)在内的其他变量在两组之间均存在显著差别。这一结果显示,被出具标准审计意见的公司相对于被出具“非标”审计意见的公司,更倾向于设立符合公司治理规范要求的审计委员会,并聘请来自高校背景的会计独董。该单变量分析初步地支持了本文的两个假设。(二)多元统计分析表3列示了多元回归的结果。模型1的回归结果显示,变量AC_F的系数在5%的水平下显著为负,这表明,设立符合公司治理规范要求(即聘请至少一名会计独董)的审计委员会,更有可能积极规避公司被出具不利审计意见的风险,从而支持假设1。而代表审计委员会未聘请会计独董的变量AC_NF的系数虽然为负但不显著。AC_F和AC_NF两变量的联合检验(AC_F+AC_NF)显著,表明总体上设立审计委员会能降低公司被出“非标”的可能性,这与李弢、王跃堂和涂建明采用配比样本得到的结论是一致的[9][7]。以上结果表明,审计委员会发挥规避不利审计意见作用的关键在于公司是否设立了符合公司治理规范要求的审计委员会并聘请了会计独董。而未聘请会计独董的审计委员会可能因其出于应付监管层和舆论而仓促拼凑,未能充分地满足审计委员会在专业胜任性和独立性两方面的有机统一,无法有效地发挥对内外部审计、内部控制以及财务信息披露等方面的监督职责。表3审计意见模型Logistic回归分析变量符号预测模型1模型2截距?2.85*2.63AC_F--0.19**
AC_NF?-0.46
AC_F0-
0.07AC_F1-
-0.46*AC_F2-
0.12LNTA--0.27***-0.27**DR+2.34***2.23***CR--0.02-0.02REC_R+-0.84-0.82INVEN_R+-2.38***-2.36***ROA--12.12***-12.02***DL+0.84***0.20*F值(AC_F+AC_NF)
2.83*
样本数
37393739-2LogL1604.821616.89注:***、**、*分别表示在1%、5%、10%的统计水平下显著。
鉴于会计独董的背景可能会影响到审计委员会在专业胜任性和独立性上的有机统一,模型2进一步检验了审计委员会所聘会计独董的背景不同是否存在履职效果差异。表3显示,变量AC_F1(审计委员会聘请了高校背景的会计独董)的系数在10%的水平下显著为负,而AC_F0(审计委员会聘请了实务背景的会计独董)和AC_F1(审计委员会聘请了政府背景的会计独董)的系数均不显著,且符号为正。这基本符合第二个假设的理论预期,即审计委员会聘用不同背景的会计独董在履行公司治理职责上呈现出差异,具体体现在规避不利审计意见上存在明显的行为差异。审计委员会聘请来自高校的会计独董更可能积极地规避不利审计意见,同时也可能体现该类独立董事较低的风险偏好。此外,两个审计意见模型中的控制变量的回归系数的符号与文献7中的基本保持一致。研究还检验到公司审计委员会是否聘请会计独董(AC_F)与资产负债率(DR)对审计意见具有显著为正的交互项。这表明,与其他公司相比,审计委员会聘请了会计独董,财务风险影响公司被出具“非标”审计意见的概率不是降低而是增加了。这说明会计独董不会系统性地通过选择低财务风险公司出任独立董事,从而规避“非标”审计意见,发生这种系统性自选择的可能性不大。而在模型2中加入解释变量的交互项,均未发现显著影响。这一分析表明,没有得到明显的证据支持不同背景的会计专业人士会有选择性地出任独立董事,以实现规避“非标”审计意见。因此,这在一定程度上排除了会计独董选聘上的自选择性。需要指出的是,这一点还有待于更为深入的研究。
六、结论综合本文的理论分析和实证结果,可以得到以下结论:第一,按我国公司治理规范要求聘请至少一名会计独董的上市公司审计委员会,更可能积极地规避不利的审计意见。这间接地反映了符合公司治理规范要求的审计委员会能比较有效地履行其既定的监督职责,显示了会计独董所兼具的专业胜任性和独立性的优势有利于审计委员会积极地发挥提高财务信息质量以及加强风险控制方面的治理作用。本结论支持之前文献提出的我国上市公司初步建立的审计委员会具有总体上的治理有效性的观点。第二,公司聘请各类不同背景的会计独董,在规避不利审计意见上存在着显著的行为差异。〖JP2〗其中,聘请有高校背景的会计独董的审计委员会,更可能积极地规避不利审计意见。这间接地反映了不同背景的会计独董在专业胜任性和独立性上的差异,导致审计委员会在履行公司治理职责上具有显著的效果差异。这在一定程度上反映了审计委员会治理效率的差异性,其中会计独董的治理角色很关键。
注释:①我国通过《关于独立董事的指导意见》(2021年)初步明确了聘任会计独董的要求,但现有的文献很少讨论。从我国上市公司聘任会计独董的背景统计资料来看,来自非主审事务所和其他公司等背景的实务界会计专业人士,主要是具备注册会计师资格或高级会计师、高级审计师职称等专业人员;来自高校背景的会计专业人士,主要是具有会计学高级职称(即指教授或副教授)或非执业注册会计师资格的专业人士。此外有一小部分具有政府背景的会计专业人士,按照我国的《公司法》规定,国家公务员或在有行政管理职能的事业单位任职的人员不得兼任公司的董事和监事,因此,政府背景的独立董事主要指曾在政府部门任职(如曾任职于财政局、审计局等单位)现已退休,或现任职于不具有行政管理职能的事业单位。②我国的公司治理规范仅指具有会计(含审计)专业背景的独立董事(accountingexpert),也就是本文所称的“会计独董”,而非美国相关法规所强调的广义的财务专业人士(financialexpert)。
参考文献:[1]M.L.Defond,R.N.Han,X.Hu.DoestheMarketValueFinancialExpertiseonAuditCommitteesofBoardsofDirectors[J].JournalofAccountingResearch,2021,(43):153—193.[2]L.J.Abbott,S.Parker,G.Peters.AuditCommitteeCharacteristicsandRestatements[J].Auditing:AJournalofPractice&Theory,2021,(23):69—87.[3]J.Bedard,S.M.Chtonron,L.Courteau.TheEffectofAuditCommitteeExpertise,Independence,andActivityonAggressiveEarningsManagement[J].Auditing:AJournalofPractice&Theory,2021,(23):13—33.[4]LeeHoYoung,VivekMande,RichardOrtman.TheEffectofAuditCommitteeandBoardofDirectorIndependenceonAuditorResignation[J].Auditing:AJournalofPractice&Theory,2021,(23):131—146.[5]SongJihe,B.Windram.BenchmarkingAuditCommitteeEffectivenessinFinancialReporting[J].InternationalJournalofAuditing,2021,(8):195—204.[6]ZhangYan,JianZhou,NanZhou.AuditCommitteeQuality,AuditorIndependence,andInternalControlWeaknesses[J].JournalofAccountingandPublicPolicy,2021,(26):300—327.[7]王跃堂,涂建明.上市公司审计委员会治理有效性的实证研究——来自沪深两市的经验证据[J].管理世界,2021,(11):135—143.[8]李增泉.实证分析:审计意见的信息含量[J].会计研究,2021,(8):16—22.[9]李弢.审计委员会与注册会计师解聘研究——来自中国证券市场的经验证据[C]//中国第3届实证会计国际研讨会论文集(下),2021.
引力波的实验探测给我们的启示摘要:引力理论的发展经历了数百年,从牛顿到爱因斯坦,从万有引力定律到广义相对论。在这过程中,科学家们引力波的预言质疑不休、争论不止。而引力波的实验探测无疑证明了一切。引力波的发现,弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞,也确定了他的理论的正确。这是人类史上出现的又一契机,它将为人类社会带来重大变革。“破五”是中国传统迎财神的日子。2016年的这一天,却一个让全世界物理学界沸腾的日子,甚至许多的物理学家为之痛哭流涕——被预言已经百年的引力波,终于被探测到了。引力是什么?在今天人们所知道的物质的四种基本相互作用中,引力作用为最弱。四种相互作用按作用强度比例顺序是:强相互作用(1),电磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此,在研究基本粒子的运动时,引力一般略去不计。但在天文学领域内,由于涉及的对象的质量极其巨大,引力就成为不仅支配着天体的运动,而且往往是天体的结构和演化的决定因素。引力并不是一种所谓的“力”,而是一种属性。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首次提出万有引力定律,基于此,他结识了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象,并根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后,才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上,从而创立了天体力学。简单的说,质量越大的东西产生的引力越大,地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。1905年,爱因斯坦提出狭义相对论,突破了绝对时间和绝对空间的概念,否定了瞬时超距作用,从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论。经过十年的探索后,爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论——广义相对论。广义相对论中,引力被归咎于时空的弯曲。这种弯曲是由物质造成的,物质的质量越大,所形成的扭曲也就越严重。但是这种弯曲,对于人类来说根本感知不到,一是因为人类伴随这种弯曲一起弯曲了,而是由于这种弯曲太微小。大质量物体发生的扭曲引起了震动,而这种震动,就是引力波。科学家们通过探测这种时空震荡,来证实引力波的存在。早在1916年,爱因斯坦在广义相对论中就预言了引力波的存在。而科学家们普遍认为,这次LIGO这一发现是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”,证实了爱因斯坦广义相对论的正确性,弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞,验证了已故科学家爱因斯坦的预言。探测的仪器叫做迈克尔逊干涉仪,或是LIGO。LIGO的“两条腿”都有4千米长,最近的一次升级就花去了几十亿美元。LIGO的原理是什么?简单来说是利用光速不变,在同样的直线路程里测试耗时,而通过时间的偏差(尽最大可能排除误差,也是耗资巨大的原因)来判定空间确实存在震动。这样的实验设置基于爱因斯坦的假设:光速不变,是因为以光的视角看,它沿途经过的空间发生了折叠伸缩。可能的引力波探测源包括致密双星系统(白矮星,中子星和黑洞)。在2016年2月11日,LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器,首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。在过去的数十年里,许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在进行了大量研究。其中,泰勒和赫尔斯由于第一次得到引力波存在的间接证据荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止,类似的双中子星系统已经发现了近十个,但是双黑洞系统却是首次。在实验方面,第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯。虽然他的共振棒探测器最后没能找到引力波,但是韦伯开创了引力波实验科学的先河,为如今的硕果打下了基础。因为在地面上很容易受到干扰,所以物理学家们也在向太空进军。欧洲的空间引力波项目eLISA(演化激光干涉空间天线)。eLISA将由三个相同的探测器构成为一个边长为五百万公里的等边三角形,同样使用激光干涉法来探测引力波。此项目已经欧洲空间局通过批准,正式立项,目前处于设计阶段,计划于2034年发射运行。作为先导项目,两颗测试卫星已经于2015年12月3日发射成功,目前正在调试之中。中国的科研人员,在积极参与目前的国际合作之外之外,也在筹建自己的引力波探测项目。引力波的实验探测引起了世界范围的轰动,这些探测极其不易,宇宙中发生爆炸性的大事件时产生的引力波,才相对容易探测到,例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前,爱因斯坦在预言引力波存在时就曾说:“这些数值是如此微小,她们不会对任何的东西产生显著的作用,没人能够去测量它们。”蔡一夫给出解释:“时间发生得越早,距离越远,越会在宇宙中传播期间被红移。红移指的是由于宇宙本身的膨胀将所有的波动的波长拉直拉平,这样其波动性就难以被探测到。例如,这次LIGO探测到的引力波,是13亿年以前两个大约30个太阳质量的黑洞并合所产生的引力波,振幅之小,是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探测到真的是非常不容易,LIGO实验组的科学家们也是在几十年里经历多次挫折,不断调整方案,改进仪器,才最终探测到的。”所以它的成功探测也标志着在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意义不止在科学情感上,更在于能够打开人类的一个新的世界——每个人都对它满怀期待。如果电磁波探测是人类的眼睛,那么人类又多了一双聆听外界的耳朵。马克斯·普朗克引力物理研究所说:“在《星际穿越》和《三体》中,都不约而同地将引力波选为了未来科技发达的人类的通讯手段,这也许只能是美好的幻想,但对于天文研究而言,引力波的确开启了一扇新的窗口。吹进来的第一缕清风,就带来了一个重大的信息:极重的恒星级双黑洞系统存在并可以在足够短的时间(10亿年)内并合。这是让我们始料未及的。谁能知道在将来的更多的探测中,LIGO和一众引力波探测器能带给我们什么样的惊喜呢?”引力波有两个非常重要而且比较独特的性质。第一:不需要任何的物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。第二:引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。比如,来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡,引力波能够不受阻碍的穿过。对于天文学家来说,这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息,而每一个电磁波谱的打开,都会为我们带来前所未有的发现。天文学家们同样期望引力波也是如此。而引力波本身的性质也可能对基础物理学产生巨大的影响。另外,引力波蕴含的,很可能是宇宙诞生的画面。我们从小都被告知一个最著名的猜想——宇宙是在一场爆炸中诞生的。这意味着,在时空的开始,宇宙又一次最为剧烈的震动。引力波就能让我们还原这个震动——它是否存在?有多大规模?不仅如此,引力波还能传递信息——我们看不到的宇宙空间在发生什么?据科学家解释,这次的引力波就是在遥远的距离上巨大的黑洞变化引起的。而这一结果也证明了黑洞真实存在——至少是广义相对论预测的由纯净、真空、扭曲时空组成的完美圆形物体。并且,引力波传递的信息可以让科学家更精确地估计宇宙膨胀的速度。总而言之,一个新的重大科学发现,总会给人类社会带来无法预估的发展。18世纪面熟电磁波的麦克斯韦理论确认的时候,也没人知道会给人类带来什么,但是现在不管是电视机还是移动电话,都与电磁现象有关。引力波的发现类似当年的发现X光一样,是一种工具。有了这个工具,我们可以利用引力波的观察,去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。如果没有引力波,以我们现有的技术是做不到这些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的,基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一条未知的路,走到半路,有人怀疑不对,结果证实是对的,那么就可以加快步伐了。”苏萌说。世界各国都加大了探测研究引力波的力度,我国也紧跟探索引力波的步伐。“天琴计划”参与者、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼教授介绍,“天琴计划”是我国自主开展空间引力波探测的可行方案,发射三颗卫星探测引力波,该计划预期执行期为2016~2035年,分四阶段实施。项目还将挖山洞,建观测站以及建设综合研究大楼。预计拟投三亿启动。天琴计划预期执行期为2016-2035年,分四阶段实施:(1)2016-2020年:完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验所需关键技术研发。主要研发成果包括:新一代月球激光测距反射器、月球激光测距台站、高精度加速度计、无拖曳控制(包含微推进器)、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距技术等;(2)2021-2025年:完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机,并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星。主要研发成果包含:超静卫星平台、高精度大型激光陀螺仪以及进一步提高加速度计、无拖曳控制、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距等技术;(3)2026-2030年:完成空间引力波探测关键技术,完成卫星载荷工程样机;(4)2031-2035年:进行卫星系统整机联调测试、系统组装,发射空间引力波探测卫星。李淼介绍,“天琴计划”的出发点是切实根据我国的技术能力实际和未来几十年的发展前景,提出我国自主开展空间引力波探测的可行方案。在目前讨论的初步概念中,天琴将采用三颗全同的卫星构成一个等边三角形阵列,每颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的检验质量。卫星上将安装推力可以精细调节的微牛级推进器,实时调节卫星的运动姿态,使得检验质量始终保持与周围的保护容器互不接触的状态。这样检验质量将只在引力的作用下运动,而来自太阳风或太阳光压等细微的非引力扰动将被卫星外壳屏蔽掉。高精度的激光干涉测距技术将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上检验质量之间的细微距离变化,从而获得有关引力波的信息。“天琴”的卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行,针对确定的引力波源进行探测。这样的选择能够避免测到引力波信号却无法确定引力波源的问题。中国科学院也于2016年2月16日公布了空间引力波探测与研究的“空间太极计划”。按照这一计划,我国将在2030年前后发射由位于等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组,用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射,以及其他的宇宙引力波辐射过程。中科院力学研究所胡文瑞院士表示,“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距,这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。”胡文瑞说,“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划,目前有两个方案:方案一是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划;方案二是发射一组中国的引力波探测卫星组,与2035年左右发射的eLISA卫星组同时遨游太空,进行低频引力波探测。据介绍,空间引力波探测被列入中科院制订的空间2050年规划。2008年由中科院发起,中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与。引力波的发现是感人至深的,它印证了一位物理学大师的睿智伟大,为年富力强的物理学家们增添了信心和安慰。在理性上,引力波的发现更是激动人心的,人类的历史将会改写,一切都是未知,未知也许会更加美好。参考文献:[1].柏格曼著,周奇、郝苹译:《相对论引论》,高等教育出版社,北京,1961。(P.G.Bergmann,IntroductiontotheTheoryofRelativity,Butterworths,London,1958.)[2].温伯格著,邹振隆译:《引力和宇宙论》,科学出版社,北京,1979。(S.Weinberg,GravitationandCosmology,JohnWileyandSons,NewYork,1972.)[3].北京:科学出版社,1977.J·韦伯著,陈凤至,张大卫.《广义相对论与引力波》[4].《引力波与引力波探测》李芳昱、张显洪[5].《引力、引力波和引力波的探测》薛凤家,《大学物理》[6].《空间时间引力》(美)沃尔德史新奎金丽莉[7].《自然哲学的数学原理》艾萨克牛顿1687[8].《原理》艾萨克牛顿[9].《论引力波》爱因斯塔1918[10].《广义相对论》刘辽,赵峥-2004[11].《广义相对论与现代宇宙学》须重明-南京师范大学出版社-1999[12].《广义相对论引论》俞允强-北京大学出版社-1987[13].《广义相对论基础》赵峥-清华大学出版社-2010[14].《引力波探测》胡恩科-《物理》[15].《引力波、引力波源和引力波探测实验》唐孟希,李芳昱,赵鹏飞《天文研究与技术》
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