1965年，美國貝爾電話公司年輕的工程師阿諾-彭齊亞斯和羅伯特-威爾遜，在調試他們那巨大的喇叭形天線時，出乎意料地接收到一種無線電干擾噪聲。無論他們怎樣調整天線，在天空中的任何方向上都能接收到這種噪聲，而且各個方向上信號的強度都一樣，也沒有任何變化。這種噪聲的波長在微波波段，它相當于零下270攝氏度（絕對溫度3度）的物體發(fā)出的電磁波。他們分析后認為，這種噪聲肯定不是來自人造衛(wèi)星，也不可能來自太陽、銀河系或某個河外星系，因為在轉動天線時，噪聲的強度始終不變。
后來，經過進一步測量和計算，得出這種電磁波輻射溫度為絕對溫度2.7度（2.7K），一般稱為3K宇宙微波背景輻射。這一發(fā)現使科學界為之振奮。原來，很多科學家認為，宇宙產生于150億至200億年前的一次大爆炸，爆炸發(fā)生后，我們的宇宙從最初的高溫狀態(tài)膨脹到現在，已經很冷了。根據計算，大爆炸后殘余的輻射量很小，相應溫度大約在6K。彭齊亞斯和威爾遜等人的觀測結果竟與理論預言的溫度如此接近，正是對大爆炸理論非常有力的支持。這是繼哈勃發(fā)現紅移后的又一重大天文發(fā)現。宇宙微波背景輻射的發(fā)現，為觀測宇宙開辟了一個新領域，也為各種宇宙模型提供了一個新的觀測約束，它因此被列為上個世紀60年代天文學四大發(fā)現之一。彭齊亞斯和威爾遜也于1978年因此而獲得了諾貝爾物理學獎。
紅移理論證明宇宙在膨脹，宇宙微波背景輻射證明了爆炸后殘余的熱量。
宇宙在膨脹。顯然，在過去，所有的物質一定都聚集在一起。如果把今天看到的星系的運動倒退回去，就會把我們帶到100多億年前的一瞬間，那時星系們都集中在一點上。這就是膨脹的起源。大多數天文學家認為宇宙大爆炸是一次相當小的爆炸。早期宇宙的環(huán)境把能量直接轉化為等量的物質和反物質，大約只是1000克的原料。片刻后，更大的事情發(fā)生了：宇宙脹了起來，在非常短的時間內，宇宙增大了1050。（從比原子還小的規(guī)模驟增到比一個星系還大）膨脹釋放出大量的能量，產生出更多的物質，并形成了控制宇宙的四種基本作用力（引力、強作用力、弱作用力、電磁作用力）。大爆炸散發(fā)的能量形成了成對的虛粒子：一個物質，一個反物質。它們隨后即刻湮滅了對方。但是這兩種相反的物質粒子并沒有完全湮滅。隨著宇宙的冷卻，這兩種粒子變得越來越不穩(wěn)定，衰變成夸克和輕子。每產生1億個夸克和輕子，就出現99999999個反粒子。就是這一小小的不平衡，使得物質戰(zhàn)勝了反物質，也才有了今天我們見到的宇宙中的一切。
隨著宇宙的冷卻，膠子把每三個夸克拉在一起，形成了相同數量的質子與中子。在第一秒結束時，一些中子開始衰變成質子。當溫度下降到9億攝氏度時，質子和中子的比例是7比1。剩余的中子迅速與質子結合，形成原子核。當最初三分鐘結束時，已經沒有自由中子了。詳細的計算結果預言了大爆炸的灰燼，也就是那些在最初三分鐘內產生的元素的組成比例：77%的氫，23%的氦和0.0000001%的鋰。人們對鷹狀星云的氣體分析結果證實了這些數字。
經歷了最初的三分鐘，在第一個原子核產生后，宇宙平息下來。此后的25萬年中，宇宙的成分并沒有改變，而是隨著繼續(xù)膨脹而變得稀薄。大部分的能量以輻射的形式存在。光子與原子核和電子處于持續(xù)的相互作用中，誰也控制不了誰。光子從一個粒子那兒反彈回來，和另一個粒子相撞，接著是另一個粒子。光線不能直線傳播，因此宇宙是不透明的。溫度的繼續(xù)下降影響到了粒子，電子的速度也降低。到了大爆炸后的30萬年，溫度下降到了3千攝氏度。帶負電的電子進入了圍繞帶正電的氫核和氦核的軌道，第一代原子誕生了。這些原子沒有和輻射相互發(fā)生作用，因此光線可以以直線的形式傳播很遠。宇宙開始變得透明了。只有爆炸的余熱以背景輻射的形式保存下來。
第一代恒星幾乎全部是由大爆炸產生的氣體氫和氦構成的。它們在短暫的生命中，產生了新的元素，如碳和氧，并在超新星爆炸時把它們拋向太空，使其結合在第二代恒星和行星、衛(wèi)星中。除了氫、氦、鋰，今天宇宙中其他元素都是由恒星產生的。
