伽莫夫的兩位學生——拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼——早在1948年發表的一篇論文中就計算出，要使大爆炸中‘烹調’的氦的數量匹配於光譜學揭示的老年恆星中氦的數量，大爆炸火球遺留下來的輻射現在應該具有僅僅5k的溫度。伽莫夫自己1952年在他撰寫的《宇宙創生》一書中公佈的數字要稍稍大些。
準確數字決定於對大爆炸物理條件所做的詳細假設，也依鞍於對宇宙年齡的估計。一種手工計演演算法則是，背景輻射的開氏溫度等於（1後麵跟10個零）除以用秒數表示的宇宙年齡的平方根。所以，在時間開始1秒後的溫度是100億度，100秒後是10億度，而1小時後就隻有1億7千萬度了。與此相比，我們太陽中心的溫度約1,500萬度。
但不論是伽莫夫還是他的同事都未能意識到，給宇宙‘量體溫’的技術在1950年代就已經存在了。他們既沒有敦促射電天文學家進行本來可以揭示存在背景輻射的觀測，看來也沒有哪位射電天文學家注意到預言存在這種輻射的文章。然而稀奇的是，表明宇宙溫度非常接近3k的觀測，已經在1930年代用光譜方法做出來了。
那是對一種叫做氰）的化合物做的光譜觀測，揭示了我們銀河係中星際物質雲的溫度。1940年，加拿大自治領天體物理台的安德魯·麥克凱勒（andrew mcker）解釋了這些觀測，得出星際雲的溫度約2.3k。到1950年時，這一結果被寫進了標準的教科書。但是，甚至伽莫夫也沒有將它與預言的背景輻射溫度聯係起來。原因之一是，伽莫夫自己估計的溫度，比麥克凱勒公佈的溫度和阿爾菲及赫爾曼估計的溫度都要高很多。
1981年弗雷德·霍伊爾在《新科學家》發表的一篇文章中，詳細敘述了他1956年同伽莫夫交談時如何提到麥克凱勒計算結果的情景。霍伊爾是穩恆態假說的熱烈支援者，他不相信曾經有過大爆炸，所以他（當時）認為不存在背景輻射。伽莫夫則認為應該存在溫度比5k高許多的背景輻射。霍伊爾記得他向伽莫夫指出，麥克凱勒已經為任何這種背景輻射規定了3k的上限，因此伽莫夫錯了。他們兩人的想像力都未能跨出事後看來並非很大的一步，因而沒有領悟到，背景輻射確實無處不在，不過它的溫度低於伽莫夫的預計值。
更奇怪的是，就在伽莫夫研究組1940年代發展他們的思想的同時，一組射電天文學家正在實際搜尋來自空間的低溫輻射。羅伯特·狄克和他的同事們使用一台由戰時雷達技術演變而來的儀器，在微波厘米波頻段研究天空，發現了溫度低於20k——這是儀器規定的極限——輻射的證據。他們的結果於1946年發表在《物理學評論》雜誌上（70卷，340頁），而在這同一捲上也發表了伽莫夫研究組關於核合成的第一篇論文（70卷，572頁）——可是還要等待差不多20年纔有人把它們聯係起來。
到1960年代初，幾個研究組，包括美國、英國和蘇聯的科學家們，已經開始考慮如何探測大爆炸的殘留輻射——伽莫夫小組的先驅工作基本上被人們忘記了，而每個組都重新看到了可能性。在普林斯頓大學，一位年輕的科學家詹姆斯·皮布林斯（p.j.e. peebles）不知情地重複阿爾菲和赫爾曼做過的計算，認識到宇宙應該充滿溫度為開氏幾度的背景輻射之海。他在這項工作中的導師狄克，也忘記了他自己在1940年代的開創性成果，卻指定另兩位研究者——羅爾（p.c. roll）和威爾金森（d.t. wilkinson）——建造一具小射電望遠鏡來搜尋這一輻射。
1965年，就在他們一切準備就緒時，狄克接到阿爾諾·彭齊亞斯（arno penzias）從30英裏外的新澤西州霍姆代爾的貝爾研究實驗室打來的電話。彭齊亞斯與他的同事羅伯特·威爾遜（robert wilson）當時正在準備將一台本來是為迴波通訊衛星設計的20英尺喇叭天線用於射電天文觀測。他們發現了一個頑固的幹擾源——均勻來自整個天空的微波厘米波射電噪聲。他們想問問狄克及其同事們對這種噪聲可能是什麽有何見解。
當然，那就是背景輻射。理論和觀測終於走到一起了。兩個兩人小組立即聯合攻關。
普林斯頓小組很快證實了這些觀測結果。兩個小組的論文同時刊登在《天體物理學報》上。在隨後20年左右時間裏，越來越多的觀測，使用各種不同的儀器，在很多波段上，都證明瞭背景輻射的存在，將溫度定格在2.7k，並且證明它是黑體輻射。彭齊亞斯和威爾遜因這一偶然發現於1978年獲諾貝爾獎。正是背景輻射的發現和解釋，才使大多數天文學家承認確實曾經發生過大爆炸，它也使宇宙學成了一門興旺的學科，同時它也促使天體物理學家研究其他和大爆炸有關的現象，比如原初引力波。
1980年代前，仍有一個與背景輻射有關的問題令人困惑。從太空所有方向來的輻射具有完全相同的溫度，這太平滑了。
已經得到可靠證明的大爆炸理論認為，從宇宙誕生大約30萬年後的時刻以來，這一輻射應該沒有發生過變化（紅移和冷卻除外）。而宇宙誕生30萬年後，整個宇宙冷卻到溫度約6,000k，這大致是太陽表麵的溫度。在那個溫度下，個別電子和核子能夠結合形成穩定的原子，而原子沒有任何淨電荷。因為原子是電中性的，它們不能與電磁波強烈相互作用，所以從那時以來背景輻射沒有受到幹擾。
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