Yirminci yüzyılın başlarında bilim insanlarının büyük çoğunluğu, evrenin sonsuzdan beri var olan, değişmeyen ve durağan bir yapı olduğunu düşünüyordu. Einstein bile genel görelilik denklemlerinin evrenin genişlemesi ya da büzülmesi gerektiğini gösterdiğini fark ettiğinde, evreni durağan tutmak için denklemlerine kozmolojik sabit adını verdiği bir terim eklemişti. Ancak birkaç yıl içinde yapılan gözlemler, evrenin hiç de durağan olmadığını gösterecekti.

1929 yılında Amerikalı gökbilimci Edwin Hubble, uzak galaksilerin ışığını incelerken çarpıcı bir örüntü fark etti. Galaksilerin neredeyse hepsi bizden uzaklaşıyordu ve bir galaksi ne kadar uzaktaysa o kadar hızlı uzaklaşıyordu. Bu gözlem, evrenin genişlediğini gösteriyordu. Belçikalı bir rahip ve gökbilimci olan Georges Lemaître ise Hubble'dan önce, Einstein'ın denklemlerinden yola çıkarak evrenin genişliyor olabileceğini öne sürmüştü. Einstein'ın daha sonra kozmolojik sabiti eklemesini hayatının en büyük hatası olarak nitelendirdiği aktarılır.

Evren genişliyorsa, geçmişte daha küçük ve daha yoğun olmalıydı. Bu düşünce zaman içinde geriye doğru uzatıldığında, evrenin bir zamanlar son derece küçük, sıcak ve yoğun bir hâlden başlayarak genişlediği sonucuna varılır. Lemaître, bu başlangıç durumunu ilkel atom olarak adlandırdı. Bu kuram, daha sonra büyük patlama kuramı olarak tanındı. İlginç biçimde büyük patlama adı, kuramın kendisine karşı çıkan İngiliz gökbilimci Fred Hoyle tarafından bir radyo programında küçümseyici bir ifade olarak kullanılmış, ancak zamanla kuramın resmî adı hâline gelmiştir.

Büyük patlama kuramı uzun süre, evrenin sonsuzdan beri var olduğunu ve genişlerken sürekli yeni madde oluştuğunu savunan durağan durum kuramıyla rekabet etti. Her iki kuram da galaksilerin uzaklaşmasını açıklayabiliyordu. İki kuram arasında karar verebilmek için, büyük patlamanın kendine özgü bir izinin bulunması gerekiyordu. Kırklı yıllarda bazı fizikçiler, eğer evren gerçekten sıcak ve yoğun bir başlangıçtan doğduysa, o dönemden kalan bir ışınımın bugün de bütün evreni doldurması gerektiğini öngörmüştü. Bu ışınım, evrenin genişlemesiyle soğumuş ve mikrodalga dalga boylarına kaymış olmalıydı.

Bu ışınımın keşfi, bilim tarihinin en ünlü rastlantılarından biridir. 1964 yılında Amerika'da bir iletişim şirketinde çalışan iki radyo gökbilimci, Arno Penzias ve Robert Wilson, büyük bir boynuz biçimli anten kullanarak gökyüzünü inceliyordu. Antenlerinden, hangi yöne çevrilirse çevrilsin ortadan kalkmayan zayıf ve sürekli bir parazit sinyali alıyorlardı. Sinyalin kaynağını bulmak için anteni defalarca kontrol ettiler. Hatta antenin içine yuva yapan güvercinlerin bıraktığı kirliliği bile temizlediler. Ancak sinyal ortadan kalkmadı.

Aynı dönemde yakındaki bir üniversitede bir grup fizikçi, büyük patlamadan kalan ışınımı aramak için bir anten yapmaya hazırlanıyordu. İki grup bir araya geldiğinde, Penzias ve Wilson'ın aldığı gizemli sinyalin aslında aranan ışınım olduğu anlaşıldı. Bu ışınıma kozmik mikrodalga arka plan ışınımı adı verildi. Keşif, büyük patlama kuramının en güçlü kanıtlarından biri oldu ve durağan durum kuramının terk edilmesine yol açtı. Penzias ve Wilson, bu keşifleri nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı, evrenin yaklaşık üç yüz seksen bin yaşındayken yayılmış ışıktır. Bu dönemden önce evren o kadar sıcak ve yoğundu ki ışık, serbest elektronlara çarparak sürekli saçılıyor ve uzun mesafeler kat edemiyordu. Evren soğuyup elektronlar atom çekirdekleriyle birleşerek atomları oluşturduğunda, ışık ilk kez serbestçe yol almaya başladı. Bugün gözlemlediğimiz arka plan ışınımı, bu serbest kalan ışığın kalıntısıdır. Bu nedenle bu ışınım, sıklıkla evrenin bebeklik fotoğrafı olarak nitelendirilir.

Arka plan ışınımı gökyüzünün her yönünden neredeyse aynı şiddette gelir. Bugünkü sıcaklığı, mutlak sıfırın yaklaşık iki buçuk derece üzerindedir. Ancak doksanlı yıllarda uzaya gönderilen bir uydu, bu ışınımda son derece küçük sıcaklık farklılıkları olduğunu ortaya koydu. Bu farklılıklar, yüz binde bir düzeyindeydi. Bilim insanları, bu küçük farklılıkların, erken evrendeki madde yoğunluğunun hafifçe farklı olduğu bölgelere karşılık geldiğini düşünmektedir. Daha yoğun olan bölgeler zamanla kütle çekiminin etkisiyle büyüyerek galaksilerin ve galaksi kümelerinin tohumlarını oluşturmuştur.

Sonraki yıllarda gönderilen uydular, bu farklılıkların çok daha ayrıntılı haritalarını çıkardı. Bu haritalar sayesinde evrenin yaşı yaklaşık on üç milyar sekiz yüz milyon yıl olarak hesaplandı. Ayrıca evrenin bileşimi hakkında da önemli bilgiler elde edildi. Bu ölçümler, bildiğimiz sıradan maddenin evrenin toplam enerji ve madde içeriğinin yalnızca küçük bir kısmını oluşturduğunu, geri kalanın karanlık madde ve karanlık enerji adı verilen ve doğası henüz anlaşılmamış bileşenlerden oluştuğunu göstermiştir.

Eski analog televizyonlarda yayın olmayan kanallarda görülen karlı görüntünün çok küçük bir kısmının, büyük patlamadan kalan bu ışınımdan kaynaklandığı söylenir. Başka bir deyişle evrenin doğuşunun yankısı, bir zamanlar evlerimizdeki televizyon ekranlarında da belli belirsiz görünüyordu.

Büyük patlama kuramı, evrenin nasıl başladığı sorusuna kesin bir yanıt vermez; ancak evrenin yaklaşık on üç milyar sekiz yüz milyon yıl önceki sıcak ve yoğun bir hâlden bugünkü durumuna nasıl evrildiğini olağanüstü bir başarıyla açıklar.