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虽然这台无线电接收器的性能表现出色，但它并没有让彭齐亚斯实现他的主要目标——检测到星系间的氢气云所发出的无线电波。彭齐亚斯称他最后的博士论文“很糟糕”，虽然称作“没有定论”也许更合适。无论哪种说法，总之在1961年他确实获得了博士学位，并离开哥伦比亚大学在贝尔实验室谋得了一个博士后的职位，这是当时世界上唯一的聘请有潜质的射电天文学家的工业实验室。
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在开展自己的纯理论研究的同时，彭齐亚斯也希望为实验室正在进行的商用研究项目提供帮助。例如，贝尔实验室设计了一款通讯卫星，这是第一颗有效的通信卫星。在它发射后，开发者便遇到了如何将天线指向卫星的问题。新来的男孩彭齐亚斯站在30位天线委员会的大佬们面前，向他们解释了如何采用已知的射电星系的位置来校准天线的方向，从而找到通讯卫星。这堪称纯基础研究与商用研究的完美结合。彭齐亚斯的这一解决办法，为贝尔实验室一贯坚持的让纯理论科学家与搞应用的科学家和工程师们一起工作将会取得意想不到的成果，提供了强有力的证明。
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两年来，彭齐亚斯是贝尔实验室的唯一的射电天文学家。但到了1963年，罗伯特·威尔逊加盟进来。这位年轻的德克萨斯州来的小子从小在他的父亲——当地油田的一名化学工程师——的熏陶下对科学有着强烈的兴趣。长大后他去了休斯敦的莱斯大学学习物理，1957年毕业后去了加州理工学院攻读博士学位。在那里威尔逊选修了霍伊尔开设的宇宙学研究生课程。1953年，与威利·福勒合作后，霍伊尔成为加州理工学院的常设访问学者。与彭齐亚斯一样，威尔逊的博士论文题目也是射电天文学领域，获得博士学位后也放弃了学术界奔向贝尔实验室。
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威尔逊被吸引到贝尔实验室的部分原因是附近的克劳福德山设有跨度6米的喇叭形射电天线（如图96所示）。这副天线最初被设计用来检测新颖的称为“回声”的气球卫星所返回的信号，该卫星已于1960年发射升空。“回声”在发射时被压缩置于直径66厘米的球体内。进入预定轨道后，它会膨胀成一个巨大的银质球体，直径达30米。它能够被动地反射回地基发射器和接收器之间的信号。然而，政府对通信行业的干预，使得AT&T因为经济原因而退出该项目，留下的喇叭天线被免费改造成一个射电望远镜。对于射电天文学研究来说，喇叭天线有加倍的好处：它不仅大大屏蔽当地的无线电干扰，而且其尺寸意味着它可以非常准确地定位射电源天体的位置。
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彭齐亚斯和威尔逊得到贝尔实验室的许可，他们可以花费一定的时间来扫描天空以研究各种射电源。但在能够进行测量之前，他们首先要充分了解射电望远镜和它所有的怪癖。特别是，他们要检查它捡拾噪声的最低水平，噪声这个术语用来描述可能掩盖真正信号的任何随机干扰。
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这与你调谐收音机收听某个电台的广播时可能遇到的噪声是完全一样的。电台的信号可能伴有嘶嘶声，这就是噪声。信号和噪声总是相伴的，理想的状况是信号比噪声强得多。通常情况是当你调到一个当地电台来收听，你可以听得很清楚，噪声是微不足道的。但是，如果你调到国外的电台，信号就可能很微弱，噪声对广播的清晰度造成严重影响。在最坏的情况下，无线电信号完全被噪声淹没，根本无法正确地听到。
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图96 罗伯特·威尔逊（左）和彭齐亚斯在贝尔实验室位于新泽西州克劳福德山上的喇叭天线前的留影。这个射电望远镜实际上是一台巨大的射电信号接收器。它的孔径为6米见方，监控设备安装在锥顶的一个小屋里。
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在射电天文学领域，来自遥远星系的信号极其微弱，因此抑制噪声变得至关重要。为了检查噪声水平，彭齐亚斯和威尔逊将射电望远镜对准几乎没有任何星系射电信号的空间区域。因此，这时检测到任何讯息都可以归结为噪声。他们原本以为此时的噪声可以忽略不计，但实际测量后却惊讶地发现，噪声水平要比预料的高。这个噪声水平令人失望，但还不至于高到会严重影响他们打算进行的测量。事实上，大多数射电天文学家会忽略这个问题并着手进行调查。然而，彭齐亚斯和威尔逊决心进行的是最灵敏的调查，因此他们立即着手试图找出噪声来源，可能的话，设法减少甚至完全去除这种噪声。
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噪声源大致可以分为两种类型。首先是外部噪声，即由射电望远镜之外的某些因素（如地平线上的大城市或附近的一些电气设备）引起的噪声。彭齐亚斯和威尔逊调查了周围景观的杂散噪声源，甚至将望远镜指向纽约大都会，但这种噪声既没有增加也不见减少。他们还监测了噪声水平随时间的变化，结果发现这种噪声是连续的。总之，这种噪声是绝对恒定的，无论何时望远镜指向何处。
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这迫使二人考虑这种噪声是否属于第二类，即设备固有的噪声。射电望远镜包括许多部件，每个部件都有可能产生自身的噪声。这就如同你听广播。即使广播公司发出的是很强的信号，但你接收到的信号有可能因为你的收音机的功放、扬声器或线路所产生的噪声而降低品质。彭齐亚斯和威尔逊为此检查了他们的射电望远镜的每一个环节，查找可能的虚焊点、布线瑕疵、电子学故障、接收器偏差等。甚至为保万全，所有接口处都拿铝膜胶带缠定。
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有一点引起了他们注意：一对鸽子在喇叭天线内做窝。彭齐亚斯和威尔逊认为，沉积在喇叭上的鸽子屎这种“白色介电材料”可能是噪声的原因。因此，他们捉住鸽子，把它们安置在一辆邮车上，送到距贝尔实验室50千米外的地方放飞。他们将天线擦洗得锃亮，但可惜，鸽子有归巢的本能，又飞回到望远镜的号角天线内，并开始再次沉积白色介电材料。彭齐亚斯再次将鸽子捕获，但这次他不情愿地决定一劳永逸地摆脱它们：“有一个鸽友愿意帮我们处理掉它们，但我想最人性化的做法是打开笼子，开枪射杀。”
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经过一年的检查、清洁和重新布线，射电望远镜的噪声水平有所降低。彭齐亚斯和威尔逊将剩余噪声归结为可能是大气的影响以及环境在射电望远镜的号角壁上产生的效应，他们只得接受：这两种噪声源是完全不可避免的。但是，这仍不能完全解释他们检测的所有噪声。他们投入了巨大的时间、精力和金钱，以便理解并尽量减少射电望远镜的噪声，但总有这种既神秘莫测又源源不绝的噪声成分：无论何处，无论何时，在各个方向上总存在这种莫名来源的无线电波。
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两位沮丧的射电天文学家没有意识到，他们遇到了宇宙学史上最重要的一个发现。他们完全无视这样一个事实，即这种无所不在的噪声其实是大爆炸的残留物：它是宇宙早期膨胀阶段的“回响”。这种恼人的“噪声”将成为证明大爆炸模型的正确性的最具说服力的证据。
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如果你还记得，伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼曾计算过，在大爆炸后宇宙会经历一个大约30万年的过渡期。届时宇宙的温度会下降到大约3000℃，冷到足以让以前自由飘浮的电子被原子核俘获，形成稳定的原子。充斥宇宙间的光海不再与带电的电子或原子核相互作用，因为后者已经彼此结合成中性原子。宇宙演化史上的这一刻称为重组，此后原始光线可以没有任何改变地穿过宇宙——只有一点除外。
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伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼曾预言，随着宇宙随时间膨胀，原始光的波长会随着空间本身的延展而拉长。就是说，在宇宙大爆炸之初，原始光的波长大约是千分之一毫米，而根据大爆炸模型，宇宙在这30万年里膨胀了大约1000倍，因此这些光的波长现在应该有大约1毫米，即它们处于电磁波谱的射电波段。
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大爆炸的回声现已转变成无线电波，并且被彭齐亚斯和威尔逊的射电望远镜当作噪声检测到。这些波在电磁波谱上属于微波波段，这就是为什么这种大爆炸的回声后来被称为宇宙微波背景（CMB）辐射的原因。存在不存在CMB辐射对于大爆炸与稳恒态的辩论至关重要，它被列为表4中的第五项判据。
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虽然CMB辐射的存在早在20世纪40年代就已明确预言，但到60年代科学界很大程度上将其遗忘了。这就是为什么彭齐亚斯和威尔逊没能将测得的无线电噪声与大爆炸模型联系起来的原因。然而，他们使得称颂的是，他们没有忽略掉这种神秘的无线电噪声，尽管一直为此感到苦恼和困惑。他们一直在相互之间以及与同事之间探讨这个问题。
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1964年底，彭齐亚斯参加在蒙特利尔召开的天文学会议。在会议期间，他很偶然地向麻省理工学院的伯纳德·伯克提到了这个噪声问题。几个月后，伯克兴奋地给他打电话。他收到了普林斯顿大学的宇宙学家罗伯特·迪克和詹姆斯·皮布尔斯的论文初稿。这篇文章解释说，普林斯顿团队一直在研究大爆炸模型，并意识到宇宙间应该存在一种无所不在的CMB辐射，这种辐射在今天应为1毫米左右的波长的无线电信号。迪克和皮布尔斯根本不知道他们是在步15年前伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼的后尘。尽管姗姗来迟，但毕竟他们独立地重新提出了CMB辐射。迪克和皮布尔斯也没想到贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊已经发现了CMB辐射。
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总之，伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼在1948年就已预言了CMB辐射，但在随后的10年里每个人都忘记了这一预言。接着在1964年，彭齐亚斯和威尔逊发现了CMB辐射，但并没有意识到这一点。在大致相同的时间，迪克和皮布尔斯再次预言了存在CMB辐射，但他们不知道这一预言有人在1948年就已经做出。最终，伯克告诉了彭齐亚斯有关迪克和皮布尔斯的预言。
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突然间，彭齐亚斯意识到一切都已水落石出。他终于明白一直困扰他的射电望远镜的噪声源是什么，并认识到它的重要性。这种无处不在的噪声之谜终于得到解决。它无关乎鸽子、无关乎线路板走线或纽约大都市，它起源于宇宙的创生。
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彭齐亚斯打电话给迪克，告诉后者他已经检测到普林斯顿论文中所描述的CMB辐射。迪克惊呆了，特别是因为彭齐亚斯打电话的时机。它打断了正在进行的午餐会。本来他们打算在午餐会上讨论普林斯顿自己的CMB辐射探测器的建设，迪克和皮布尔斯想亲自检测他们的预言。现在这种探测器建造已变得毫无意义，因为彭齐亚斯和威尔逊已经验证了这一预言。迪克放下电话，转身对他的组员惊呼道：“各位，我们已经被人抢先了。”迪克和他的团队迫不及待地于第二天拜访了彭齐亚斯和威尔逊。对射电望远镜及其数据的检查证实了一切。发现CMB辐射的这场竞赛以贝尔实验室小组悄无声息地击败对手普林斯顿而宣告结束。
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1965年夏天，彭齐亚斯和威尔逊在《天体物理学期刊》上发表了他们的结果。他们用短短的600字保守地宣布了他们所检测到的东西，不附带任何个人解释。这一机会留给了迪克和他的团队，他们在同一杂志上发表了姐妹篇，明确地将彭齐亚斯和威尔逊的观测结果与CMB辐射联系起来。他们解释了贝尔实验室的两人是如何发现所预言的大爆炸的回声的。这是一场美丽的联姻。迪克团队给出一个理论但没有观测数据，而彭齐亚斯和威尔逊有观测数据但没有理论。把普林斯顿大学和贝尔实验室合在一起，便将一个恼人的问题变成了一个巨大的胜利。
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大爆炸模型明确预言了CMB辐射的存在及它今天应有的波长。相比之下，稳恒态模型没有提到CMB辐射，也无法想象宇宙中充满微波的情景。因此，CMB辐射的发现似乎是一项决定性的证据，它证明了宇宙始于数十亿年前的一个全能的大爆炸。
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因此，CMB辐射的发现也驳斥了稳恒态模型。这使得威尔逊在享受确立CMB辐射和大爆炸理论的真实性所带来的幸福感的同时不免有些悲伤，因为他在某种程度上一直保持着对稳恒态模型的偏爱：“我的宇宙观是在加州理工学院从霍伊尔那里学到的，我非常喜欢稳恒态宇宙。哲学上，我还是有点喜欢它。”