VI w. p.n.e., filozofowie greccy zaczęli opisywać Wszechświat przez naturalne a nie nadprzyrodzone zjawiska.
140 ok., Klaudiusz Ptolemeusz podsumował osiągnięcia astronomii starożytnej Grecji; w modelu geocentrycznym Ziemia stanowiła środek dla ośmiu koncentrycznych sfer z umieszczonymi na nich planetami, Słońcem, Księżycem i gwiazdami; uważał, że ruchy ciał niebieskich mogą być opisane z wykorzystaniem wzorów matematycznych; dzięki temu pozornie chaotyczne do tej pory ruchy ciał niebieskich mogły być obliczone, a ich położenie z dość dużą dokładnością przewidziane. Z upływem lat rozbieżności pomiędzy przewidywaniami na podstawie modelu Ptolemeusza a obserwacjami narastały.
1509 ok., Mikołaj Kopernik sformułował założenia, które według niego pozwolą mu sformułować model Układu Słonecznego (a więc całego znanego i badanego wówczas Wszechświata): (1) ciała niebieskie nie krążą wokół wspólnego środka, (2) środek Ziemi nie jest centrum Wszechświata, (3) centrum Wszechświata znajduje się w pobliżu Słońca, (4) odległość Ziemi od Słońca można zaniedbać w porównaniu z odległością do gwiazd, (5) obserwowany dobowy ruch gwiazd wynika z obrotu Ziemi wokół własnej osi, (6) obserwowany roczny ruch Słońca jest rezultatem obiegu Ziemi wokół niego; wokół Słońca krążą wszystkie planety, (7) ruchy wstecznie niektórych planet są po prostu wynikiem prowadzenia obserwacji z ruchomej Ziemi. Kopernik dokonał teoretycznej rewolucji, która uczyniła ze Słońca ciało centralne (Wszechświata), a Ziemię sprowadziła do roli jego satelity.
1540, Georg Joachim von Lauchen (Jerzy Joachim Retyk) opublikował w Gdańsku omówienie i komentarz do przygotowywanej do druku pracy Mikołaja Kopernika. Tę książkę można uważać za pierwszy drukowany tekst nowożytnej nauki.
1543, Mikołaj Kopernik opublikował swoją teorię heliocentrycznego Wszechświata, według której Słońce tkwi w jego centrum i jest obiegane przez planety. Wokół Ziemi, która znajduje się między orbitami Wenus i Marsa, krąży Księżyc. Heliocentryczny model Wszechświata był jednak pomysłem wyprzedzającym swój czas, zbyt rewolucyjnym i nieprawdopodobnym, a poza tym za mało precyzyjnym, aby uzyskać powszechniejszą akceptację. Dzieło Kopernika trafiło na nieliczne półki, nie było szeroko studiowane i zostało przeczytane przez niewielu astronomów.
1570-1601, Tycho de Brahe gromadził dane obserwacyjne w celu rozstrzygnięcia o słuszności modeli Wszechświata (geocentrycznego lub heliocentrycznego).
1609, Johannes Kepler uznał w pełni heliocentryczną teorię Kopernika i na podstawie zbioru obserwacji Tychona de Brahe opracował teorię ruchu planet: planety poruszają się wokół Słońca ze zmiennymi szybkościami po eliptycznych orbitach. Elipsy Keplera pozwoliły stworzyć kompletny i dokładny obraz Układu Słonecznego. Kepler dokonał swojego odkrycia, odrzucając jeden ze starożytnych dogmatów, mianowicie ten, który głosił, że wszystkie planety poruszają się po torach będących okręgami lub wynikających ze złożenia okręgów. Zaproponowany przez Keplera model Układu Słonecznego był prosty, elegancki i niewątpliwie dokładny ale nikt z współczesnych nie wierzył, że odpowiada rzeczywistości (skażenie heliocentryzmem!). Dzięki Keplerowi model geocentryczny stał się prostszy i dokładniejszy od heliocentrycznego. Kepler jako pierwszy doszukiwał się w astronomii zjawisk fizycznych. Uważał że Słońce wywiera na planety jakiś rodzaj fizycznego oddziaływania zmuszając je do ruchu wokół siebie. Nie potrafił jednak wyjaśnić jaki to rodzaj oddziaływania.
1610, Galileo Galilei (Galileusz) wynikami swoich obserwacji, Jowisz i jego księżyce, fazy Wenus, potwierdził, że nie wszystkie ciała niebieskie krążą wokół Ziemi. Nikt przed Galileuszem nie widział innego naturalnego satelity niż nasz Księżyc. Staranne obserwacje faz Wenus udowodniły, że rację miał Kopernik, a Ptolemeusz się mylił. Wykazał, że Ziemia nie jest centrum wszystkich ruchów, gdyż Jowisz ma własne satelity, i że fazy Wenus są zgodne z heliocentrycznym modelem Wszechświata. Ruch Ziemi nie pociąga za sobą żadnych katastrofalnych skutków, jest fizycznie możliwy i prawdopodobny. Galileusz wykorzystał teleskop do zgromadzenia kluczowych dowodów, które powinny przekonać niedowiarków.
1632, Galileusz napisał książkę wyjaśniającą, dlaczego model heliocentryczny jest prawdziwy. Niestety Kościół zastraszył uczonego, zmuszając go w następnym roku do wyparcia się swych poglądów.
1666, Isaac Newton sformułował prawo powszechnego ciążenia, które stwierdzało zasadniczo, że każde ciało we Wszechświecie przyciąga wszystkie pozostałe. Potęga sformułowanego matematyczne prawa, w postaci prawa odwrotnych kwadratów, polegała na tym że zawiera ono w sobie to wszystko co Kopernik, Kepler i Galileusz powiedzieli o Układzie Słonecznym. Prawo powszechnego ciążenia rządziło kosmosem przez stulecia po śmierci Newtona.
1752, Thomas Melvill zauważył, że gdy do ognia wkładał różne substancje to każda z nich zabarwia płomień w charakterystyczny sposób. Po kolorze płomienia można więc było rozpoznać jaka substancja ulega spalaniu.
1755, Immanuel Kant utrzymywał, że niektóre mgławice przypominają wyglądem obłoki, ponieważ zawierają miliony gwiazd i znajdują się tak daleko, że światło gwiazd zlewa się w rozmytą plamkę. Kant nazwał mgławice "wyspowymi światami", ponieważ wyobrażał sobie Wszechświat jako ocean przestrzeni, zapełniony oddzielnymi wyspami gwiazd. Nasza Droga Mleczna byłaby jedną z takich gwiezdnych wysp.
1781, William Herschel otrzymał opublikowany przez Charlesa Messiera w tym samym roku katalog 103 mgławicowych obiektów jakie dostrzegał na niebie. Herschel zainteresował się tymi obiektami i rozpoczął własne, szczegółowe poszukiwania mgławic. Jednocześnie w trakcie swojego przeglądu zaczął spekulować na temat ich natury. Ponieważ przypominały obłoki Herschel przyjął, że rzeczywiście są dużymi chmurami gazu i pyłu. W niektórych mgławicach (np. mgławic planetarnych) Herschelowi udawało się dostrzec gwiazdę, więc zaczął przypuszczać, że są one młodymi gwiazdami otoczonymi przez pozostałości, z których zapewne właśnie zaczynają się formować planety. Tak więc Herschel uważał, że mgławice są gwiazdami we wczesnych fazach swojego istnienia, a zatem tak jak wszystkie pozostałe gwiazdy należą do Drogi Mlecznej. Herschel wierzył, że Droga Mleczna jest jedynym skupiskiem gwiazd w całym Wszechświecie.
1784, Edward Pigott dostrzegł, że gwiazda eta Aquilae zmieniła jasność a John Goodricke dostrzegł, że zmianom ulega także blask delta Cephei.
1842, Christian Doppler zauważył, że ruch obiektu zaburza fale, które ten obiekt emituje. Kiedy obiekt wysyłający fale porusza się ku obserwatorowi, ten rejestruje skrócenie długości fali; natomiast gdy źródło fal się oddala od obserwatora, dostrzega on wzrost długości fali.
1845, William Parsons po zbudowaniu największego wówczas teleskopu dostrzega spiralną strukturę mgławicy M51 (51. obiekt w katalogu Messiera). Sporządzony ręcznie rysunek mgławicy stał się znany w całej Europie. Przy dużych powiększeniach Parsonsowi udawało się dostrzec gwiazdy wewnątrz mgławicy a charakterystyczny wirowy kształt nasuwał myśl o związku kształtu z wewnętrznym ruchem wewnątrz mgławicy. W 1848 roku dostrzegł spiralną strukturę mgławicy M99 (99. obiekt w katalogu Messiera). Stawało się jasne, że przynajmniej niektóre mgławice są skupiskami gwiazd (a nie pojedynczymi gwiazdami jak sądził Herschel) co mogło wskazywać na prawdziwość teorii Kanta, według której mgławice były systemami takimi jak Droga Mleczna i od niej niezależnymi. Mgławice takie musiałyby być ogromne, jasne i bardzo odległe, a przecież Mgławica Wirowa (M51) mogła także okazać się stosunkowo niedużą grupką gwiazd wewnątrz naszej Drogi Mlecznej lub na jej obrzeżach. Problemem kluczowym była odległość. Gdyby ktoś, w jakiś sposób, potrafił zmierzyć odległości do mgławic, wówczas łatwo dałoby się ustalić, czy leżą one wewnątrz Drogi Mlecznej, blisko niej czy daleko poza nią. Niestety przez kolejne dziesięciolecia problem pomiaru odległości do mgławic spiralnych pozostawał nierozwiązany.
1859, Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff zbudowali spektroskop, instrument przeznaczony do precyzyjnych pomiarów długości emitowanych fal świetlnych. Użyli go do analizy światła słonecznego i zidentyfikowali linie widmowe odpowiadające atomom sodu. Doszli więc do wniosku, że sód istnieje w atmosferze Słońca. Po raz pierwszy w historii uzyskano informację o składzie chemicznym ciała niebieskiego. W ten sposób Bunsen i Kirchhoff otworzyli drogę do określania składu chemicznego Słońca oraz gwiazd z taką samą pewnością jak skład chemiczny próbek w laboratorium  za pomocą zwykłych odczynników.
1864, William Huggins dołączył do okularu teleskopu prosty spektroskop i wykorzystał spektroskopię do badania innych gwiazd niż Słońce i potwierdził, że są one zbudowane z takich samych pierwiastków jakie istnieją na Ziemi. Hugginsowi udało się więc wykazać, że inne gwiazdy a zapewne również cały Wszechświat zbudowane są z takiej samej materii jaką odnajdujemy na Ziemi. Pokazał w ten sposób, że wspólna chemia istnieje w całym Wszechświecie. Pierwiastki znajdowane w kosmosie nie różnią się od tych, z których zbudowana jest Ziemia i wszystko co na niej żyje a w tym my.
1868, William Huggins i Margaret Huggins odkryli przesunięcie doplerowskie w widmie Syriusza. Linie absorbcyjne Syriusza niewiele różniły się od linii obecnych w widmie Słońca, ale ich długości były  większe o 0,015%; a zatem Syriusz oddala się od Ziemi z prędkością 45 km/s, gdyż zwiększenie długości fali wiąże się z oddalaniem źródła światła. Wzrost długości fali jest nazywany przesunięciem ku czerwieni, ponieważ barwa czerwona znajduje się w długofalowej części widma światła widzialnego. Podobnie skrócenie długości fali, spowodowane zbliżaniem się źródła, nazywane jest przesunięciem ku fioletowi. Małżonkowie udowodnili, że wykorzystując efekt Dopplera można mierzyć prędkości radialne gwiazd. Hugginsowie pokazali więc, że na wszystkich gwiazdach występują ziemskie pierwiastki, emitujące światło o charakterystycznych standardowych długościach fal, lecz fale te mogą być przesunięte dopplerowsko z powodu radialnego ruchu gwiazdy. Ponieważ światło każdej widocznej gwiazdy lub mgławicy można przeanalizować za pomocą spektroskopu, zmierzyć przesunięcie dopplerowskie i wyznaczyć prędkość. Odtąd oprócz ruchu własnego gwiazd na sferze niebieskiej stało się możliwe mierzenie ich prędkości radialnych - w ruchu ku Ziemi lub od niej.
1872, Henry Draper jako pierwszy zarejestrował fotograficzny obraz widma gwiezdnego.
1880, Henry Draper jako pierwszy sfotografował obiekt pozasłoneczny – Wielką Mgławicę w Orionie. Wdowa po nim sfinansowała, zorganizowane i kierowane przez Edwarda Charlesa Pickeringa, badania nad klasyfikacją gwiazd. Wyniki ich obserwacji posłużyły do opracowania katalogu, również nazwanego imieniem Henry'ego Drapera.
1899, Williamina Fleming katalogując gwiazdy do katalogu Drapera, w zespole kierowanym przez Edwarda Pickeringa, odkryła gwiazdę zmienną RR Lyrae położoną w gwiazdozbiorze Lutni, znajdującą się w odległości ok. 854 lat świetlnych od Słońca; od niej wzięła nazwę cała grupa gwiazd zmiennych typu RR Lyrae. Średnia jasność absolutna gwiazd typu RR Lyrae jest w przybliżeniu stała i wynosi około 0,6 wielkości gwiazdowych. Własność tę wykorzystywano do określania odległości do gromad gwiazd, w których obserwowano gwiazdy tego typu.
1912, Henrietta Swan Leavitt w trakcie prac nad katalogiem Drapera, w zespole kierowanym przez Edwarda Pickeringa, odkryła i skatalogowała gwiazdy zmienne tego samego typu co delta Cephei w Obłoku Magellana. Na tej podstawie odkryła zależność pomiędzy okresem cefeidy a jej jasnością absolutną: klucz do obliczania odległości we Wszechświecie. Aby jednak odkrycie to mogło być wykorzystane, trzeba było jeszcze zależność tę wykalibrować, to znaczy znaleźć jasność absolutną cefeid: przynajmniej jednej!
1912, Vesto Melvin Slipher w ciągu kolejnych nocy 11, 12 i 13 grudnia zarejestrował, na polecenie szefa obserwatorium Percivala Lovella, widmo (spektrogram) gromady otwartej w Plejadach. Po dokładnym omówieniu swoich obserwacji stwierdził w komunikacie z 20 grudnia: ... że Mgławica w Andromedzie i podobne do niej mgławice spiralne mogą składać się z centralnej gwiazdy otoczonej i zasłanianej przez pofragmentowaną i rozproszoną materię, która świeci światłem dostarczonych przez centralne słońce.
1912, Vesto Melvin Slipher w ciągu kolejnych nocy, 29, 30 i 31 grudnia (łącznie 40 godzin naświetlania płyty fotograficznej) zarejestrował  widmo (spektrogram) wielkiej mgławicy w Andromedzie (M31) o jakości wystarczającej do pomierzenia przesunięcia linii widmowych. Interpretując to przesunięcie jako efekt Dopplera obliczył, że mgławica w Andromedzie pędzi ku Ziemi z szybkością 300 km/s. Pomierzone prędkości mgławic spiralnych nie pasowały do schematu rosnących prędkości dla starzejących się gwiazd, ponieważ jeśli są rodzącymi się układami planetarnymi powinny mieć małe prędkości!
1913, Ejnar Hertzsprung wykorzystując metodę paralaksy statystycznej, oszacował odległość do kilku cefeid. Ocenił, iż cefeida o okresie zmian jasności 6,6 dni ma jasność absolutną równą -2,3. Na tej podstawie skalibrował odkrytą przez Leavitt zależność jasności (absolutnej) od okresu. Ponieważ na podstawie pomiarów Henrietty Leavitt cefeidy o takim okresie w Małym Obłoku Magellana mają jasność równą 13,0, czyli o 15,3 wielkości gwiazdowych mniejszą, oznaczało to, że są one w odległości około 37 000 lat świetlnych.
1913, Vesto Melvin Slipher uzyskał spektrogram mgławicy M104, NGC 4594 (znajduje się w Pannie), w którym linie widmowe wskazywały na szybkość rotacji około 100 km/s. Według Sliphera jego badania NGC 4594 wskazywały, że mgławica obraca się i zauważył, że choć większość obserwatorów, począwszy od Laplace'a, sądziło, że mgławice powinny się obracać, to po raz pierwszy zjawisko to zostało potwierdzone obserwacyjnie. Potwierdzało to także zaproponowaną przez Laplace'a hipotezę powstawania układów planetarnych a mgławice spiralne są powstającymi układami planetarnymi.
1915, Albert Einstein opublikował swoją relatywistyczną teorię grawitacji: Ogólną Teorię Względności (OTW). Według Einsteina, kiedy fizyk lub astronom jest świadkiem oddziaływań grawitacyjnych między ciałami, obserwuje w rzeczywistości obiekty, które reagują na krzywiznę czasoprzestrzeni. Newton powiedziałby, że dwa ciała niebieskie zbliżają się do siebie, ponieważ między tymi dwoma ciałami działa siła wzajemnego przyciągania. Einstein głębiej rozumiał naturę tego oddziaływania: ciało jest przyciągane przez drugie ponieważ zsuwa się w głęboką wklęsłość w czasoprzestrzeni, spowodowaną przez swoją masę. Obecność ciał w czasoprzestrzeni wytwarza związek dwustronny: kształt czasoprzestrzeni wpływa na ruch obiektów i jednocześnie te same obiekty określają kształt czasoprzestrzeni. Innymi słowy, w przypadku Układu Słonecznego, zagłębienia w czasoprzestrzeni, które kierują ruchem Słońca i planet, są wytwarzane przez Słońce i planety.
1917, Vesto Melvin Slipher dysponował listą pomiarów 25 mgławic spiralnych, z których 21 oddalało się od Ziemi, a tylko 4 zmierzały w naszą stronę. Większość z nich było prędkościami skierowanymi od Ziemi czyli mgławice oddalały się.
1917, Albert Einstein opublikował pracę, w której starał się sprawdzić, w jaki sposób jego nowa teoria grawitacji wpłynie na nasze poglądy na Wszechświat. Einsteina nie interesował już Układ Słoneczny, lecz skupił się na roli, jaką grawitacja odgrywa w wielkiej kosmicznej skali. Einstein chciał zrozumieć własności i zachowanie całego Wszechświata. Kiedy Kopernik, de Brahe, Kepler czy Galileusz  tworzyli swoje wizje wszechświata, tak naprawdę mieli na myśli Układ Słoneczny, tymczasem Einsteina naprawdę interesował cały Wszechświat, po granice możliwości obserwacyjnych wszystkich teleskopów i dalej. Aby rozwiązać niezwykle skomplikowane równania OTW dla całego Wszechświata Einstein przyjął upraszczające założenie: wypełniony materią Wszechświat jest jednorodny. Uzyskane rozwiązania wskazywały, że wszechświat Einsteina jest niestabilny. Ponieważ wszystkie obiekty we wszechświecie przyciągają się wzajemnie to przyciąganie powoduje narastający stopniowo ruch aż do zapadnięcia się całego wszechświata. Aby zapobiec takiemu zapadnięciu się wszechświata Einstein wprowadził do swoich równań OTW nowy składnik reprezentujący specyficzne ciśnienie, które rozpychało wszechświat. Odpowiednio wyskalowany składnik idealnie równoważył przyciąganie materii i zapewniał, zgodnie z filozoficznymi poglądami Einsteina, że wszechświat jest statyczny, co według ówczesnej wiedzy było zgodne z obserwacjami. Wszechświat Einsteina był więc wszechświatem statycznym. W statycznym, wypełnionym materią, wszechświecie Einsteina galaktyki nie poruszają się względem siebie; nie obserwuje się przesunięcia ku czerwieni.
1917, Willem de Sitter opublikował pracę, w której przedstawił własne kosmologiczne rozwiązanie równań OTW. De Sitter przyjął upraszczające założenie: wszechświat nie zawiera żadnej (!) materii; jest pusty. W rezultacie de Sitter uzyskał model Wszechświata pustego ale o zadziwiającej właściwości: każda cząstka próbna umieszczona we wszechświecie zaczyna oddalać się (od dowolnego) obserwatora. Prędkość oddalania się cząstek próbnych rośnie wraz z odległością i w nieskończoności jej wartość jest nieskończenie duża. W stacjonarnym, pozbawionym materii, wszechświecie de Sittera galaktyki (traktowane jako cząstki próbne) poruszają się względem siebie z prędkościami tym większymi im większe są odległości między nimi; obserwuje się przesunięcia ku czerwieni.
1916-1920, Harlow Shapley opublikował serię prac, których głównym tematem były badania przestrzennego rozmieszczenia gromad kulistych. W celu wyznaczania odległości do gromad Shapley dokonał własnego skalibrowania zależności okres-jasność cefeid. Najważniejszym wynikiem kilkuletnich badań było oszacowanie rozmiarów Drogi Mlecznej na podstawie rozmieszczenia gromad.
1922 i 1924, Aleksander Friedmann opublikował prace, w których wykazał, że z czysto matematycznego punktu widzenia równania OTW dopuszczają oprócz statycznych także dynamiczne rozwiązania zawierające materię. Dopuszczalne są modele wszechświata o dodatniej, ujemnej lub zerowej krzywiźnie. Charakter możliwych rozwiązań zależy od tempa początkowej ekspansji i ilości materii. Dynamiczne rozwiązania OTW wskazują, że teoretycznie możliwe jest rozpoczęcie ewolucji Wszechświata od stanu o zerowym rozmiarze. Dzisiaj powiedzielibyśmy: Wielki Wybuch jest teoretycznie możliwy. Możliwy jest rozszerzający się i ewoluujący Wszechświat. Niestety Friedmann nie odniósł się do ówczesnej wiedzy fizycznej i astronomicznej, poza oczywiście OTW. Nie sformułował żadnych obserwacyjnych i mierzalnych przewidywań, które mogły by posłużyć do weryfikacji jego czysto teoretycznych rozważań. Obliczył nawet wiek Wszechświata, po raz pierwszy w dziejach astronomii, i otrzymał wartość 10 miliardów lat, nie odbiegająca zbytnio od przyjmowanego dzisiaj 14 miliardów lat, chociaż Friedmann potraktował to bardziej jako ciekawostkę. Ogólnie rzecz biorąc, w jego pracy chodziło mu o przećwiczenie aparatu matematycznego fizyki relatywistycznej, a nie kosmologię, dlatego mało kto zwrócił wtedy na nią uwagę. Friedmann nie wspomniał nic o mgławicach, promieniowaniu czy przesunięciu ku czerwieni, nie wypowiadał się też za kosmiczną ekspansją bądź kurczeniem się. OTW dopuszczała wiele modeli Wszechświata. Problemem pozostawał wybór tego jednego, który opisuje rzeczywisty Wszechświat. Wykazana przez Friedmanna teoretycznie możliwość/dopuszczalność ekspansji i ewolucji Wszechświata została przez fizyków i astronomów zignorowana.
1923, 4 i 5 października, Edwin Powell Hubble dostrzegł pierwszą gwiazdę zmienną w mgławicy spiralnej w Andromedzie (M31). Była to pierwsza gwiazda zmienna dostrzeżona w mgławicy spiralnej!
1924, Edwin Powell Hubble po zgromadzeniu wystarczających danych obserwacyjnych wykreślił krzywą jasności pierwszej cefeidy znalezionej w wielkiej mgławicy (spiralnej!) w Adromedzie (M31). Znając tę krzywą, oraz wykorzystując kalibrację zależności okres-jasność cefeid dokonaną przez Shapleya, mógł określić odległość do mgławicy: 275 kiloparseków (815 500 lat świetlnych). Była to pierwsza pomierzona odległość do mgławicy spiralnej! W ten sposób Hubble mógł rozstrzygnąć, czy mgławice spiralne należały do Drogi Mlecznej, czy były niezależnymi galaktykami leżącymi znacznie dalej. Ponieważ średnicę Drogi Mlecznej oceniano wówczas na około 100 000 lat świetlnych więc bezsprzecznie Wielka Mgławica (spiralna) w Andromedzie musiała być galaktyką.
1924, Edwin Powell Hubble odnalazł gwiazdy zmienne – cefeidy w obiekcie mgławicowym NGC 6822 (Galaktyka Bernarda), pierwszym układzie znajdującym się poza Obłokami Magellana. Na podstawie okresu następowania zmian, który pozwolił obliczyć ich rzeczywistą jasność (Henrietta Leavitt!), Hubble określił, że NGC 6822 znajduje się w odległości 700 000 lat świetlnych – wielkość przekraczająca 300 000 lat świetlnych, którą wielu astronomów uważało do tej pory za całkowity wymiar Wszechświata.
1926, Arthur Stanley Eddington zaproponował nową metodę wytwarzania energii w gwiazdach, która została oparta na szczególnej teorii względności Alberta Einsteina. Jednym z założeń tej teorii jest to, że masa (m) jest równoważna energii (E) i że ilość energii zawartej w określonej masie można obliczyć, mnożąc masę przez prędkość światła (c) podniesioną do kwadratu (c²). Czyli E = mc². W praktyce E = mc² wyraża dwa poglądy: masa jest prostym sposobem magazynowania przez Wszechświat energii i energia może być przekształcana z jednej energii w inną, jeżeli fizyczne warunki (temperatura, gęstość, ciśnienie) są odpowiednie. Eddington wysunął hipotezę, że cztery jądra wodoru (cztery pojedyncze protony) mogą łączyć się lub stapiać, tworząc jedno jądro helu w procesie nazywanym syntezą jądrową. Masa jednego jądra helu jest nieznacznie mniejsza niż suma mas czterech protonów, dlatego też Eddington zaproponował tezę, że ten „deficyt” masy zostaje przekształcony w energię i to jest właśnie ta energia, która zasila gwiazdy.
1927, Georges Lemaître wykazał, niezależnie od Friedmanna, że możliwe jest rozszerzanie się Wszechświata. Jego teoretyczne rozważania doprowadziły do wniosku, że powinno się obserwować oddalanie się galaktyk, czego świadectwem obserwacyjnym powinno być przesunięcie ku czerwieni linii widmowych. Zaproponowany przez Lemaître'a model kosmologiczny ♥ łączący w sobie statyczny model Einsteina i ekspandujący model de Sittera ♥ najlepiej zdaniem Lemaître'a tłumaczący obserwowane prędkości radialne galaktyk nazywa się dzisiaj modelem Eddingtona−Lemaître'a. Prędkość oddalania się mgławic spiralnych powinna być opisywana liniową zależnością względem odległości. Na podstawie dostępnych danych pochodzących z dokonanych przez innych badaczy pomiarów prędkości radialnych mgławic spiralnych oszacował zgrubnie wartość stałego współczynnika w tej zależności: 625 (km/s)/Mpc. Swoją pracę opublikował w mało znanym belgijskim czasopiśmie w języku francuskim przez co przez kilka lat była ona praktycznie nieznana. Kopię Lemaître wysłał do Eddingtona, który jednak jej nie przeczytał.
1929, Edwin Powell Hubble współpracując z Miltonem Humasonem (Humason mierzył przesunięcia dopplerowskie galaktyk, a Hubble określał ich odległość) na podstawie, (1) pomiarów prędkości radialnych Vesto Sliphera, (2) skalibrowania zależności okres-jasność dla cefeid wykonanego przez Harlowa Shapleya wykazał niezależnie od Lemaître liniową zależność prędkości radialnych mgławic spiralnych od odległości oraz wyznaczył wartość współczynnika w tej zależności: 558 (km/s)/Mpc. Uzyskał wartość zbliżoną do oszacowania Lemaître'a. Współczynnik ten nazwano stałą Hubble'a H: v = Hxr. (prędkość radialna = H x odległość). Okazało się, że galaktyki nie są przypadkowo rozrzucone w przestrzeni kosmicznej, lecz ich prędkości radialne w sposób ścisły związane są z odległością: prędkość radialna jest wprost proporcjonalna do jej odległości od Ziemi. Znaleziony związek wskazywał, że jeśli prędkość każdej galaktyki jest proporcjonalna do jej odległości, to w pewnym momencie w przeszłości one wszystkie jednocześnie znajdowały się tuż przy naszej Drodze Mlecznej. Zatem w pewnym punkcie historii wszystkie galaktyki we Wszechświecie były stłoczone w małym obszarze. Tak wyglądał pierwszy argument obserwacyjny wspierający to, co dziś nazywamy Wielkim Wybuchem. Pierwsza (obserwacyjna) wskazówka, że Wszechświat mógł mieć początek. Tak więc w chwili narodzin Wszechświata wszystko najwyraźniej wyłoniło się z jednego gęstego obszaru. A jeżeli czas biegnie do przodu, otrzymujemy ewoluujący Wszechświat. Taki, jaki sugerowały teorie Lemaître'a i Friedmanna. Wielki Wybuch. Mimo że Hubble zgromadził te dane, nie rozważał ich kosmologicznych i filozoficznych implikacji. Również z powodu wyrażonych bezpośrednio wątpliwości co do poprawności opublikowanych wartości i wskazywanej potrzeby dalszego gromadzenia wiarygodnych danych. Nie wykluczał, że zaobserwowana zależność przestanie być widoczna w świetle nowych danych. Kiedy opublikował rezultaty swoich obserwacji wykazujące, że galaktyki rzeczywiście się rozbiegają, potwierdził hipotezę Lemaître'a.
1931, styczeń, Arthur Eddington wygłosił na zebraniu Brytyjskiego Towarzystwa Astronomicznego wykład, który został następnie opublikowany w suplemencie do wydanego 21 marca 1931 roku zeszytu Nature, pod tytułem The End of the World: From the Standpoint of Mathematical Physics (Koniec świata z punktu widzenia fizyki matematycznej). Eddington rozważa w nim takie zagadnienia, jak nieskończoność wszechświata i jego śmierć cieplna umieszczając je w kontekście najnowszych osiągnięć.
1931, marzec, Georges Lemaître przygotował angielskie tłumaczenie swojej publikacji z 1927 roku wskazując, że jego teoria doskonale pasuje do nowych danych. Okazało się, że model Lemaître'a doskonale wyjaśnia pomiary Hubble'a. W przygotowanym tłumaczeniu Lemaître usuwa swoje oszacowanie wartości stałej (Hubble'a) uznając, że dokonane przez Hubble'a wyznaczenie tej wartości na podstawie obserwacji jest bardziej eleganckie z naukowego punku widzenia. Dlatego dzisiaj stała ta nie nazywa się stałą Lemaître'a czy stałą Lemaître'a-Hubble'a. Wiadomości stopniowo rozchodziły się wśród uczonych i powoli zaczęto doceniać doskonałą zgodność między teoretycznymi przewidywaniami Lemaître'a i obserwacjami Hubble'a. Stopniowo zaczęto uznawać, że dynamiczny model Lemaître'a jest lepszy od statycznego modelu Einsteina.
1931, maj, Georges Lemaître opublikował zainspirowaną wykładem Eddingtona pracę, w której opisał swoją koncepcję, że wszechświat rozpoczął się od małego gęstego obszaru, który eksplodował i zaczął ewoluować w czasie ♥, aż stał się Wszechświatem, jaki obserwujemy dziś. Pod wrażeniem osiągnięć fizyki atomowej i odkrycia rozpadu jąder atomowych przypuszczał, że to co rozpadło się tworząc Wszechświat było wielkim jądrem atomowym rozpadającym się na prostsze składniki formujące dzisiejszą materię: Teoria Atomu Pierwotnego. Energia uwolniona podczas tego najpierwszego rozpadu radioaktywnego wywołałaby ekspansję, tak ważną w modelu wszechświata według Lemaître'a. Podsumowując Lemaître był pierwszym uczonym, który dał dość szczegółowy i przekonujący opis tego, co dziś nazywamy modelem Wielkiego Wybuchu. Prawdę mówiąc Lemaître utrzymywał, że nie stworzył jakiegoś modelu wszechświata, lecz model tego Wszechświata. Wyszedł od ogólnej teorii względności Einsteina, rozwinął teoretyczny model początku wszechświata i jego ekspansji, a następnie połączył go ze znanymi obserwacjami jak prędkości radialne mgławic spiralnych i rozpad radioaktywny. Podsumowując, Lemaître twierdził, że z OTW wynika rozszerzanie się Wszechświata. Jeżeli Wszechświat rozszerza się dzisiaj, w przeszłości musiał być mniejszy. A zatem Wszechświat powinien zacząć swoją ekspansję od bardzo małych rozmiarów, tak zwanego pierwotnego atomu - o niewielkiej, lecz skończonej średnicy ♥ (Friedmann zakładał, że ekspansja zaczynała się od punktu; ach ci matematycy ;-). Innymi słowy cały Wszechświat był wówczas ściśnięty do niczego). Lemaître sądził, że pierwotny atom mógł istnieć wiecznie, zanim nastąpiło "złamanie równowagi", na skutek czego atom się rozpadł, rozrzucając swoje fragmenty. Zdefiniował początek procesu rozpadu jako początek historii Wszechświata.
Lemaître, inaczej niż Friedmann, poszukiwał zrozumienia fizycznych zjawisk skrywających się za równaniami. Interesowała go fizyczna historia kosmosu. Jeżeli Wszechświat naprawdę się rozszerza to w przeszłości musiał być mniejszy niż dzisiaj. Jeśli cofniemy się w czasie wystarczająco daleko to cały kosmos powinien stłoczyć się w niewielkim obszarze. Innymi słowy Lemaître był gotów cofać zegary dopóty, dopóki nie osiągnie momentu początkowego Wszechświata. Wielkie odkrycie Lemaître'a polegało na tym, że zrozumiał, iż OTW implikuje moment powstania Wszechświata. Lemaître przewidział, że galaktyki powinny rozbiegać się z prędkościami proporcjonalnymi do ich odległości. Ostatecznie Lemaître doszedł do wniosku, że Wszechświat rozpoczął się od małego gęstego obszaru, który eksplodował i zaczął ewoluować w czasie ♥, aż stał się Wszechświatem, jaki obserwujemy dziś.
1931, lipiec, Edwin Hubble i Milton Humason opublikowali drugą pracę, zawierającą nowy wykres. Otrzymane wyniki były jeszcze bardziej jednoznaczne. Dane wyraźnie wskazywały, że Wszechświat się rozszerza, i to w sposób systematyczny. Związek między prędkością galaktyki i jej odległością został nazwany prawem Hubble'a. Stwierdza ono, że prędkość (v) galaktyki jest równa jej odległości (d) od Ziemi pomnożonej przez liczbę (H₀), zwaną stałą Hubble'a. Stała Hubble'a określa wiek Wszechświata dzięki temu, że znając jej wartość możemy obliczyć kiedy cała materia we Wszechświecie wyruszyła z jednego gęstego obszaru. Hubble i Humason oszacowali wartość stałej na 558 (km/s)/Mpc i z odpowiednich obliczeń wynikało, że cała materia we Wszechświecie skupiała się na stosunkowo małym obszarze około 1,8 miliarda lat temu i od tamtego czasu nieustannie się rozbiega z prędkością przyrastającą o 558 km/s na każdy megaparsek odległości. Taki pogląd pozostawał w całkowitej sprzeczności z przyjmowanym wówczas powszechnie obrazem wiecznego i niezmiennego Wszechświata. Wspierał natomiast pomysł rzucony przez Lemaître'a i Friedmanna, że Wszechświat rozpoczął się od wielkiej eksplozji. Dane świadczyły, że Wszechświat był dynamiczny i ewoluował; z upływem czasu odległości rosły, a średnia gęstość materii we Wszechświecie malała. Hubble i Humason nie wypowiadali się jednak na temat jakichkolwiek interpretacji swoich pomiarów. Dostarczyli wyniki obserwacji, ale nie brali udziału w dyskusji kosmologicznej. Wyniki te jednak wskazywały, że Wszechświat się rozszerza i że ma skończoną historię, u której początku znajduje się embrion gęstej materii, gotowy, by eksplodować i rozpocząć ewolucję. Hubble i Humason nieświadomie odkryli pierwszy rzeczywisty dowód świadczący o tym, że Wszechświat miał początek. Wreszcie model ekspandującego i ewoluującego Wszechświata stał się czymś więcej niż tylko wymyślną teorią.

1869, Dymitr Mendelejew sporządził tablicę zawierającą wszystkie znane wówczas pierwiastki. Łącząc pierwiastki z układu okresowego w różnych stosunkach, można było budować cząsteczki i wyjaśniać własności materii pod Słońcem, wewnątrz Słońca i poza Słońcem.
1896, Henri Becquerel odkrył, że pewne ciężkie atomy, takie jak uran, są radioaktywne, a więc mogą spontanicznie emitować duże ilości energii w postaci promieniowania.
1903, Ernest Rutherford i Frederick Soddy zaproponowali teorię rozpadu radioaktywnego. Przyczyny radioaktywności nie są związane z budową cząsteczkową materii ale związane są z atomami pierwiastków chemicznych. Zgodnie z nią energia emitowana jest z wnętrza atomu i podczas emisji cząstek alfa i beta zachodzą przemiany jednych pierwiastków w inne. W ten sposób po raz pierwszy wykazano naukowo możliwość przemiany (transmutacji) jednych pierwiastków w inne. Przemiana taka towarzyszy rozpadowi promieniotwórczemu. Oznacza to, że fizyka znalazła sposób na przemianę jednych pierwiastków w inne: rozpad promieniotwórczy. Pierwiastki chemiczne nie są wieczne, mogą ulegać przemianom jedne w drugie.
1904, Joseph John Thompson zaproponował model budowy atomu, w którym atomy składały się z pewnej liczby cząstek o ładunku ujemnym, tkwiących w dodatnio naładowanej materii, przypominającej ciasto.
1905, Albert Einstein opublikował szczególną teorię względności. Kiedy Einstein zastanawiał się nad stałością prędkości światła i badał jej konsekwencje dla przestrzeni i czasu, wyprowadził również słynne równanie: E = mc². Zgodnie z tym równaniem energia (E) i masa (m) są równoważne i mogą przekształcać się w siebie nawzajem. Współczynnikiem takiego przeobrażenia jest c², gdzie c to prędkość światła. Równanie to oznacza, że niewielka ilość masy może zamienić się w olbrzymią ilość energii.
1909, Ernest Rutherford, Hans Geiger i Ernest Marsden przeprowadzili doświadczenie, w którym cienką złotą folię bombardowali cząstkami alfa emitowanymi przez próbkę radu. Spodziewano się, że oddziaływanie między cząstkami alfa i atomami złota powie coś o rozkładzie ładunku w tych atomach. Podczas eksperymentu dostrzegli zaskakujące zjawisko: wykryli cząstki alfa odbite od atomów złota. Jeżeli Thompson miał rację, nic takiego nie powinno nastąpić, ponieważ mieszanina ładunków w cieście z rodzynkami nie miała prawa drastycznie wpływać na zachowanie się cząstek alfa sondujących wnętrze atomów. Wyniku tego doświadczenia nie dawało się wytłumaczyć w ramach modelu ciasta z rodzynkami.
1911, Ernest Rutherford zaproponował model atomu, w którym cały ładunek (dodatni) skupiał się w centrum atomu czyli w jego jądrze. Cząstki naładowane ujemnie, elektrony krążyły wokół jądra i były utrzymywane w atomie przez siły przyciągania między swoimi ładunkami ujemnymi  a dodatnim ładunkiem jądra. Wszystkie elektrony i jądro mają równe ładunki, ale o przeciwnych znakach, a każdy atom zawiera równe liczby elektronów i protonów. Dzięki temu całkowity ładunek atomu Rutherforda wynosił zero, czyli atom był elektrycznie obojętny. W ten sposób eksperyment z 1909 potwierdził eksperymentalnie istnienie jądra atomowego.
1920, Ernest Rutherford zasugerował, że jądro składa się z dodatnich protonów i cząstek naładowanych neutralnie, sugerując że składają się a protonu i elektronu związanych w jakiś sposób. Elektrony powinny znajdować się w jądrze, ponieważ wiadomo było, że promieniowanie beta składa się z elektronów emitowanych z jądra. Rutherford nazwał te nienaładowane cząstki: neutrony, od łacińskiego korzenia neutralis.
1929, Fritz Houtermans i Robert d'Escourt Atkinson opublikowali pracę, w której przedstawili swoje pomysły dotyczące syntezy jądrowej w gwiazdach. Byli przekonani, że w centrum Słońca panują wystarczająco wysoka temperatura i duże ciśnienie, aby zmusić jądra wodoru do osiągnięcia krytycznej odległości 10^-15 metra, przy której następowałaby synteza wodoru, uwalniająca energię (E = mc²!), która podtrzymywałaby temperaturę i dalsze reakcje syntezy. Był to krok na drodze prowadzącej do wyjaśnienia, dlaczego gwiazdy świecą. Propozycja ta nie rozwiązywała jednak problemu w całości. Gdyby nawet dwa jądra wodoru łączyły się wewnątrz Słońca w jądro helu, powstałby jedynie bardzo lekki i niestabilny izotop helu - stabilny wymaga obecności w jądrze dwóch dodatkowych neutronów. Houtermans był przekonany, że neutron istnieje i że jest obecny w materii Słońca, ale gdy w 1929 roku publikowali z Atkinsonem swój artykuł, cząstka ta nie została jeszcze odkryta. Nie znając różnych własności neutronu, Houtermans nie mógł uzupełnić swoich obliczeń.
1930, Karl Yansky realizujący w firmie American Telephone and Telegraph (AT&T) badania nad naturalnymi źródłami fal radiowych mogącymi zakłócać łączność radiową wykrył zakłócenia radiowe mierzone w różnych kierunkach i w różnych porach dnia. Stopniowo okazało się, że zakłócenia pochodzą z określonego miejsca na niebie i że osiągają maksymalne natężenie co 24 godziny. Po przeprowadzeniu dokładniejszych pomiarów okazało się, że maksimum zdarza się co 23 godziny i 56 minut. Kolega Yansky'ego, Melvin Skellet, wyjaśnił, że odpowiada to długości doby gwiazdowej, która określa czas obrotu Ziemi względem całego Wszechświata. W tym czasie Yansky był pierwszym człowiekiem, który, zarejestrował i zidentyfikował fale radiowe nadciągające z przestrzeni kosmicznej. Dziś wiemy, że Yansky odkrył promieniowanie radiowe nadchodzące z centrum Drogi Mlecznej. Były to pierwsze pomiary w nowej dziedzinie astronomii: radioastronomii. Profesjonalni astronomowie nie wykorzystali jednak tej możliwości.
1932, James Chadwick odkrył neutron, trzeci składnik atomu. Niestety Houtermans nie mógł wykorzystać tej informacji.
1937, George Gamow i Carl Friedrich von Weizsäcker zaproponowali jako możliwy do zachodzenia wewnątrz Słońca cykl protonowo-protonowy (a proton–proton chain reaction). W tym cyklu dwa jądra wodoru (dwa protony) łączyły się w jądro deuteru wydzielając przy tym pozyton i neutrino elektronowe jako produkty uboczne reakcji. Reakcja ta nie wyjaśniała jednak obserwowanej obfitości pierwiastków cięższych niż hel.
1937, Hans Bethe i Charles Critchfield zidentyfikowali dwie jądrowe ścieżki prowadzące do przekształcenia wodoru w hel w temperaturze i ciśnieniu panujących, jak sądzono, wewnątrz Słońca. Na pierwszej z nich (the proton–proton cycle) zwykły wodór (jeden proton) reagował z deuterem, rzadziej występującym i cięższym izotopem wodoru (jeden proton i jeden neutron). Dzięki temu powstawał dość stabilny izotop helu, zawierający dwa protony i jeden neutron. Następnie dwa z tych lekkich jąder helu powinny połączyć się ze sobą i utworzyć zwykłe stabilne jądro helu, uwalniając pod postacią produktu ubocznego dwa jądra wodoru. Drugi sposób przemienienia wodoru w hel zaproponowany samodzielnie przez Bethego (the carbon-nitrogen-oxygen cycle (CNO cycle)) wykorzystywał jądro węgla do schwytania jąder wodoru w pułapkę. Gdyby Słońce zawierało niewielkie ilości węgla, każde jądro tego pierwiastka mogłoby chwytać i wchłaniać jądra wodoru, przekształcając się w cięższe jądra. W końcu przeobrażone jadro węgla traciłoby stabilność, rozpadając się na jądra helu i powracając do stanu stabilnego jądra węgla. I proces mógłby się rozpocząć od nowa. Innymi słowy, jądro węgla działało jak fabryka, wykorzystująca jadra wodoru jako surowiec i produkująca masowo jądra helu. W kolejnych latach inni fizycy sprawdzili równania i potwierdzili, że reakcje takie mogą zachodzić.

W tym samym czasie astronomowie zyskali większą pewność, że we wnętrzu Słońca panują warunki wystarczająco ekstremalne dla zaistnienia oczekiwanych reakcji jądrowych. W końcu stało się jasne, że oba cykle reakcji zaproponowane przez Bathego zachodzą w centrum Słońca i dostarczają mu energii. Był to przełom w relacjach między światem atomów i obiektów kosmicznych. Fizycy jądrowi udowodnili, że mogą wnieść konkretny wkład  do astronomii, wyjaśniając, dlaczego gwiazdy świecą. Kosmolodzy dynamicznego, ewoluującego wszechświata mieli nadzieję, że fizyka jądrowa pomoże im zmierzyć się z jeszcze poważniejszym problemem: w jaki sposób Wszechświat wyewoluował do obecnego stanu? Nie ulegało już wątpliwości, że gwiazdy mogą przemieniać proste atomy, takie jak wodór, w atomy nieco cięższe, na przykład hel. Może zatem fizyka jądrowa potrafi opisać, jak w ewoluującym Wszechświecie powstały obserwowane dziś obfitości różnych pierwiastków?

1946, Fred Hoyle opublikował pierwszą pracę badawczą jaką kiedykolwiek opublikowano na temat syntezy pierwiastków cięższych od helu w reakcjach jądrowych w gwiazdach. Pokazał w niej, że jądra gwiazd ewoluują osiągając temperaturę miliardów stopni, znacznie wyższą niż uznawana dotąd temperatura termojądrowego źródła promieniowania gwiazd ciągu głównego. Hoyle pokazał, że przy tak wysokich temperaturach żelazo może zostać wyprodukowane w o wiele większej obfitości w porównaniu do innych ciężkich pierwiastków z powodu równowagi termicznej cząstek jądrowych, wyjaśniając w ten sposób obserwowaną obfitość żelaza.
1946, Fred Hoyle, Hermann Bondi i Thomas Gold (HBG) obmyślili radykalnie inny model Wszechświata. Był on niezwykły z tego powodu, że opisywał wszechświat, który się rozszerzał, ale który wciąż pozostawał wieczny i w zasadzie niezmienny. Dotąd kosmiczna ekspansja łączyła się wielką eksplozją i powstaniem Wszechświata. Nowy model sugerował jednak, że obserwowane przez Hubble'a przesunięcia ku czerwieni i ucieczka galaktyk mogą znaleźć swoje miejsce w tradycyjnym obrazie Wszechświata, istniejącym od zawsze. Model ten przyjmuje, że Wszechświat wciąż się rozszerza, ale pod każdym innym względem różni się od modelu ekspandującego/eksplodującego Wszechświata. W modelu Wszechświat rozszerzał się ale istniał od zawsze  we właściwie niezmienionym stanie. HBG wyobrazili sobie Wszechświat, który rozwija się w czasie, lecz pozostaje w zasadzie niezmienny. Nieustanny rozwój był dla nich rzeczą oczywistą: Wszechświat wciąż się rozszerza. Gdyby pozostać wyłącznie przy ekspansji, Wszechświat ulegałby zmianie, gdyż z upływem czasu malałaby jego gęstość, jak to sugeruje model ekspandującego/eksplodującego wszechświata. HBG wprowadzili jednak drugi aspekt rozwoju Wszechświata - przeciwdziałający rozcieńczającemu działaniu ekspansji i sprawiający, że w sumie zmiana nie następowała. Według tego pomysłu rozszerzanie się Wszechświata było kompensowane stwarzaniem nowej materii w przerwach narastających pomiędzy oddalającymi się galaktykami; w ten sposób całkowita gęstość wszechświata pozostawała taka sama. Taki wszechświat mógł się rozwijać i rozszerzać, a mimo to był w zasadzie niezmienny, stały i wieczny. Wszechświat rozrzedzany przez ekspansję nieustannie się zapełniał. W szczególności niezmienne były temperatura i gęstość Wszechświata. Wszechświat nigdy w przeszłości nie był gęsty i gorący; zawsze był taki jak teraz: rzadki i zimny. Pomysł ewoluującego, a jednak niezmieniającego się wszechświata został nazwany modelem stanu stacjonarnego. HBG podsumowali opis swojego modelu w dwóch artykułach opublikowanych w 1948 roku. Pierwsza praca, złożona przez Golda i Bondiego w lipcu, przedstawiała model stanu stacjonarnego na szerokim tle filozoficznym. Druga, złożona przez Hoyle'a we wrześniu, zawierała bardziej wyrafinowane matematyczne sformułowanie modelu.
1948, George Gamow i Ralph Alpher opublikowali pracę (artykuł nazywano pracą Alfa-Beta-Gamma), w której wyjaśnili obserwowaną we Wszechświecie obfitość helu, zakładając istnienie ekspansji i ewolucji Wszechświata. Założyli że w bardzo gorącym młodym Wszechświecie cała materia rozpadła się na najbardziej elementarne składniki. Założyli więc, że pierwszą zawartość Wszechświata stanowiły oddzielne, protony, neutrony i elektrony - najbardziej podstawowe cząstki, jakie znała ówczesna fizyka. Rozpoczynając od tej gęstej zupy pierwotnej materii, Gamow i Alpher posuwali się do przodu w czasie i krok po kroku ustalali, w jaki sposób fundamentalne cząstki mogą się sklejać i tworzyć jądra znanych atomów istniejących dzisiaj. Był to pierwszy znaczący triumf teorii dynamicznego i ewoluującego modelu Wszechświata, odkąd Hubble i Humason opublikowali w 1929 roku (prawie dwadzieścia lat wcześniej; weźmy pod uwagę czystki w niemieckiej nauce w latach trzydziestych i wybuch drugiej wojny światowej) pracę o galaktycznych przesunięciach ku czerwieni (proporcjonalnych do odległości). Brakiem podejścia Gamowa i Alphera było nie uwzględnienie w modelu temperatury ośrodka. Z tego powodu ich model bywał nazywany rozszerzającym się zimnym wszechświatem.
1948, Ralph Alpher obronił publicznie swoją pracę doktorską przedstawiając opracowany model nukleosyntezy kosmicznej w ekspandującym Wszechświecie. Podczas wystąpienia stwierdził, że pierwotna nukleosynteza wodoru i helu trwała zaledwie 300 sekund. W prasie pojawiły się informacje: świat powstał w 5 minut. Dzisiaj jako kultowe uważamy określenie "pierwsze trzy minuty" (pochodzi z wydanej w 1977 książki Stevena Weinberga).

Wspólna praca Gamowa i Alphera pokazała, że możliwe są realne obliczenia odnoszące się do procesów jądrowych, które przypuszczalnie zachodziły po hipotetycznym ewoluującym Wszechświecie. Innymi słowy, pojawił się sposób na testowanie teorii powstawania Wszechświata. Zwolennicy modelu ewoluującego Wszechświata mieli teraz w ręku dowody obserwacyjne - rozszerzanie się Wszechświata i obfitości wodoru i helu - całkowicie spójne z tym modelem. Nadal jednak nie rozwiązany pozostawał problem wyjaśnienia powstania jąder cięższych niż wodór i hel. Z tym problemem Gamow i Alpher nie poradzili sobie. Należało znaleźć sposób na zsyntetyzowanie w cieple pierwotnego wybuchu jądra cięższego od helu. Największą trudność sprawiała tak zwana szczelina pięciu nukleonów: jądro składające się z pięciu nukleonów (zwykły hel zawiera 2 protony + 2 neutrony = 4 nukleony) nie może istnieć, ponieważ jest z natury niestabilne. Niemniej po niestabilnym jądrze o pięciu nukleonach następuje cały ciąg jąder stabilnych, takich jak węgiel (zwykle 12 nukleonów), tlen (zwykle 16 nukleonów) czy potas (39 nukleonów). Brak jądra z pięcioma nukleonami był tak fatalny dla Gamowa i Alphera ponieważ okazał się szczeliną nie do przebycia na drodze nukleosyntezy mającej prowadzić do cięższych jąder począwszy od węgla. Przekształcenie lekkich jąder w cięższe odbywa się w jednym kroku lub w większej liczbie kroków pośrednich; jeżeli jeden z kroków pośrednich jest zabroniony, zablokowana zostaje cała ścieżka. Oczywista ścieżka prowadząca do cięższych jąder zaczynała się od dodania protonu lub neutronu do jądra helu (4 nukleony), aby stworzyć jądro z pięcioma nukleonami - ale taki twór był zabroniony. Ścieżka wiodąca w ewoluującym Wszechświecie do cięższych jąder została zablokowana! Problem zniknąłby, gdyby jądro helu zaabsorbowało jednocześnie neutron i proton, przeskakując niestabilność pięciu nukleonów i bezpośrednio przekształcając się w stabilne jądro litu z sześcioma nukleonami (3 protony i 3 nukleony). Ale szansa na to, że proton i neutron jednocześnie uderzą w jądro helu, jest niewyobrażalnie mała. Inny sposób ominięcia etapu pięciu nukleonów mógł polegać na połączeniu się dwóch jąder helu (każde po 4 nukleony) i utworzeniu jądra z ośmioma nukleonami, ale takie jądro jest z natury również niestabilne - w zasadzie z tego samego powodu, co jądro o pięciu nukleonach. Przyroda w denerwujący sposób postanowiła zablokować dwie najbardziej oczywiste ścieżki prowadzące od jąder lekkich (do 4 nukleonów) do ciężkich (5 i więcej nukleonów). Podsumowując prace nad nukleosyntezą we wczesnej historii ewoluującego Wszechświata wyglądało to tak, że zbyt duże energie nie pozwalały myśleć o jakiejś istotnej ewolucji materii. Następnie kilka minut przyniosło decydującą epokę - nie za gorąco, nie za zimno, temperatura w sam raz, by powstał hel i inne lekkie jądra. O tym okresie traktowała praca Alfa-Beta-Gamma. Potem Wszechświat robił się za zimny dla podtrzymania syntezy jądrowej, a poza tym niestabilne jądro z pięcioma nukleonami blokowało ścieżkę prowadzącą do powstania cięższych pierwiastków. Należało poszukać sposobu na wyprodukowanie ciężkich jąder!

1948, Ralph Alpher i Robert Herman opublikowali swoje przewidywania, że we Wszechświecie, który był już za zimny dla syntezy jądrowej ale wciąż miał temperaturę około miliona stopni, cała materia znajdowała się w stanie zwanym plazmą. Wszechświat zawierał jeszcze jeden składnik: niezmierzony ocean światła. Ponieważ światło łatwo oddziałuje z cząstkami naładowanymi, takimi jak elektrony, więc jest ono nieustannie rozpraszane na cząstkach plazmy - dlatego Wszechświat był nieprzeźroczysty. Według Alphera i Hermana kiedy Wszechświat się rozszerzał, jego energia rozpościerała się na coraz większą objętość, a więc Wszechświat i plazma nieustannie stygnęli. Z tego wyciągnęli wniosek, że musiał nadejść krytyczny moment, kiedy temperatura stała się za niska, by plazma mogła istnieć, a wówczas elektrony wróciły do jąder i utworzyły stabilne, obojętne elektrycznie atomy wodoru i helu. Przejście od plazmy do atomów (już nie samych jąder, które powstały w ciągu pierwszych 5 minut) odbyło się mniej więcej w temperaturze 3000^oC - Alpher i Herman oszacowali, że aby ostygnąć do takiej temperatury, Wszechświat potrzebował około 300 000 lat. Wydarzenie to nazywamy rekombinacją. Po rekombinacji wszędzie we Wszechświecie pojawił się neutralny gaz, ponieważ ujemnie naładowane elektrony dołączyły do jąder z ładunkiem dodatnim. Odmieniło to całkowicie zachowanie się światła, które wypełniało Wszechświat. Światło łatwo oddziaływało z naładowanymi cząstkami plazmy, ale nie z elektrycznie obojętnymi cząstkami gazu. Dlatego według modelu ekspandującego ewoluującego Wszechświata w momencie rekombinacji promienie światła mogły po raz pierwszy w historii Wszechświata biec bez przeszkód przez przestrzeń kosmiczną. Jeżeli model ekspandującego ewoluującego Wszechświata był prawdziwy i jeśli Alpher i Herman dobrze rozumieli jego fizykę, to obecne podczas rekombinacji światło powinno wciąż mknąć przez dzisiejszy Wszechświat, ponieważ w dużej mierze nie mogło ono oddziaływać z neutralnymi atomami rozrzuconymi w przestrzeni. Innymi słowy, światło uwolnione z końcem ery plazmy powinno istnieć obecnie jako jego skamieniałość. Przewidywanie to mogło posłużyć jako rozstrzygający test modelu ekspandującego ewoluującego Wszechświata. Wykrycie tego światła stałoby się potężnym dowodem na to, że Wszechświat rzeczywiście rozpoczął się od stanu bliskiego osobliwości. Pamiętajmy, że nie używano jeszcze określenia "Wielki Wybuch", "Big Bang" bo po prostu jeszcze go nie wymyślono. W publikacjach stosowano termin "Rozszerzający się Wszechświat", "Expanding Universe". Alpher i Herman ocenili, że długość fali oceanu światła, uwolnionego na skutek rekombinacji, wynosiła w przybliżeniu tysięczną część milimetra. Ponieważ jednak po rekombinacji Wszechświat w dalszym ciągu się rozszerzał, fale świetlne uległy rozciągnięciu i jak przewidywali Alpher i Herman powinny mieć obecnie długość około milimetra. Promieniowanie elektromagnetyczne o tej długości jest niewidzialne dla ludzkiego oka i położone jest w mikrofalowej części widma. Prognoza Alphera i Hermana była bardzo szczególna. Wszechświat powinno wypełniać promieniowanie mikrofalowe o długości jednego milimetra i powinno ono nadbiegać ze wszystkich kierunków, ponieważ gdy nastąpiła rekombinacja, istniało ono wszędzie we Wszechświecie. Odkrycie mikrofalowego promieniowania tła udowodniłoby, że pierwotna eksplozja miała miejsce. Niestety, Alphera i Hermana całkowicie zignorowano. Nikt nie zamierzał poszukiwać zaproponowanego przez nich promieniowania reliktowego. Na przeszkodzie stał także fakt, że w tamtych czasach technika mikrofalowa wciąż była w powijakach i ze względów technicznych ewentualne poszukiwania miały niewielką szansę powodzenia. Ponadto większość astronomów nie zaakceptowała dotąd kosmologicznego modelu Eksplodującego Wszechświata i uparcie trwała przy konserwatywnych poglądach, preferujących wieczny, niezmienny w wielkich skalach Wszechświat. Ponieważ Alpher i Herman uwzględnili w modelu temperaturę ośrodka i jej zmiany, model ten nazywano ekspandującym gorącym wszechświatem.
1948, Martin Ryle rozpoczął szczegółowy przegląd nieba, mający wykazać, czy istnieją obiekty, które świecą bardzo słabo w widzialnej części widma, ale emitują za to olbrzymie ilości fal radiowych. Obiekty takie pozostawałyby poza zasięgiem teleskopów optycznych, ale byłyby łatwo wykrywalne za pomocą radioteleskopów. Pierwszy przegląd Ryle'a, nazwany pierwszym przeglądem Cambridge (lub 1C), zlokalizował 50 różnych radioźródeł. Obiekty emitowały silne sygnały radiowe, ale nie były widoczne w świetle widzialnym. Natychmiast pojawiło się pytanie o ich naturę. Ryle wierzył, że odkrył nowego rodzaju gwiazdy znajdujące się w Drodze Mlecznej, ale inni, a wśród nich Thomas Gold, zwolennik stanu stacjonarnego, dowodzili, że są to galaktyki.
1949, marzec, Fred Hoyle wystąpił w cyklu pięciu popularnonaukowych audycji nadawanych przez Program Trzeci BBC. W trakcie audycji użył określenia "Wielki Wybuch", "Big Bang", przez co chciał podkreślić różnicę między dwiema teoriami kosmologicznymi: ekspandującego/eksplodującego wszechświata (ewoluującego modelu dynamicznego) i teorii stanu stacjonarnego. Określenie to przyjęło się na stałe do określenia modelu Wszechświata z gorącym i gęstym początkiem.

Teraz kosmolodzy stanęli przed jasnym wyborem. Mogli optować za Wielkim Wybuchem, czyli Wszechświatem z początkiem, skończoną historią i przyszłością, która będzie inna niż teraźniejszość. Mogli też zdecydować się na Wszechświat stanu stacjonarnego, z ciągłą kreacją, historią bez początku i przyszłością, która będzie właściwie taka sama jak teraźniejszość. W takiej sytuacji o wyborze modelu powinny zdecydować wyniki obserwacji. Jak dotąd takich rozstrzygających testów obserwacyjnych nie zrealizowano a nawet nie wiadomo było jakie to miałyby być testy (oczywiście pominięto przewidywania promieniowania reliktowego). Promieniowanie reliktowe mogło świadczyć za Wielkim Wybuchem a jakie obserwacje mogły świadczyć za Wszechświatem stanu stacjonarnego? Wymyślono taki test rozstrzygający kto ma rację. Model stanu stacjonarnego przewidywał, że młodziutkie galaktyki są rozrzucone równomiernie po całym Wszechświecie (ponieważ kreacja materii zachodziła równomiernie w całym Wszechświecie), podczas gdy według modelu Wielkiego Wybuchu powinniśmy widzieć takie galaktyki jedynie bardzo daleko, w głębiach kosmosu (ponieważ tam zdążyły uciec w ciągu miliardów lat po pierwotnym wybuchu). Niestety, kiedy dyskusja między zwolennikami obu modeli się rozpoczynała, pod koniec lat czterdziestych XX wieku, nawet najlepsze na świecie teleskopy nie były tak potężne, aby astronomowie mogli za ich pomocą odróżnić bardzo młode galaktyki od galaktyk dojrzałych (problemem był pomiar metaliczności materii wewnątrz galaktyk, głównie gwiazd). Rozkład młodych galaktyk pozostawał nieznany, a debata między Wielkim Wybuchem i stanem stacjonarnym - nierozstrzygnięta.

1952, Walter Baade znalazł na niebie optyczny sygnał w tym obszarze nieba gdzie wcześniej ustalono położenie radioźródła nazwanego Cygnus A. Baade wykazał, że radioźródło Ryle'a znajdowało się dokładnie w tym miejscu, w którym tkwiła nieobserwowana wcześniej galaktyka, z którą utożsamił to radioźródło. Baade udowodnił, że Ryle się mylił, a Gold miał rację.

Połączywszy jedno z radioźródeł Ryle'a z galaktyką, astronomowie uczynili w końcu to samo z większością radioźródeł z przeglądu 1C. Galaktyki te, w przeważającej mierze świecące jaśniej na falach radiowych niż widzialnych, nazwano radiogalaktykami.

1952, Walter Baade poinformował, że wcześniejsze pomiary odległości do galaktyk obarczone były systematycznym błędem i odległości te należy skorygować. W konsekwencji korekcie należało poddać wynikający stąd wiek Wszechświata: należało go zwiększyć z około 1,8 miliarda lat do około 3,6 miliarda lat. Źródłem błędu był fakt, że jak wykazał Baade cefeidy użyte do pomiaru odległości nie są jednolitą grupą gwiazd. Cefeidy dzielą się na dwie grupy. Starsze gwiazdy należą do populacji II; gdy gwiazdy te rozpraszają swoje szczątki w przestrzeni kosmicznej, tworzą się z nich nowe, młodsze gwiazdy; oraz cefeidy populacji I, które są generalnie gorętsze, jaśniejsze i bardziej niebieskie niż gwiazdy populacji II. Rozumowanie, że Andromeda (M31) znajduje się dalej, niż dotąd sądzono, Baade oparł na dwóch argumentach. Po pierwsze, cefeidy populacji I są w rzeczywistości jaśniejsze niż cefeidy populacji II o tym samym okresie zmian blasku (pamiętajmy, że na podstawie pomierzonego okresu na podstawie zależności okres-jasność wyznaczano jasność gwiazdy a w konsekwencji jej odległość). Po drugie, astronomowie obserwowali w galaktyce Andromedy tylko jaśniejsze cefeidy populacji I (ponieważ galaktyka była tak odległa, że słabsze cefeidy II populacji były niewidoczne), natomiast nie wiedząc o tym, swoją skalę odległości zbudowali (kamyczek do ogródka Shapleya i Hubble'a, który wykorzystał jego skalibrowanie zależności okres-jasność do pomiaru odległości do mgławic spiralnych) na znanych z Drogi Mlecznej cefeidach populacji II (bo były blisko i mimo, że słabsze dawały się zaobserwować).

Przeskalowanie odległości do galaktyk i związane z tym przeskalowanie wieku Wszechświata (stała Hubble'a!) pozwoliły usunąć najsilniejszy zarzut stawiany modelowi Wielkiego Wybuchu: problem wieku Wszechświata. Problem powstał ponieważ wyznaczone w niezależny sposób wiek najstarszych skał znalezionych na Ziemi oraz wiek najstarszych gwiazd i gromad kulistych były znacznie większe niż dotychczasowy wiek Wszechświata (1,8 mld lat). Po wydłużeniu wieku Wszechświata do 3,6 mld lat problem ten nie był już tak istotny (pozostawały jeszcze pewne wątpliwości). Model Wielkiego Wybuchu wciąż nękały jednak inne problemy. Podstawowa zagadka dotyczyła nukleosyntezy, zwłaszcza powstania cięższych pierwiastków. Jak dotąd jednak, mimo prób podejmowanych przede wszystkim przez Gamowa, Alphera i Hermana nie udało się ustalić mechanizmu, który doprowadziłby do uformowania się czegoś innego poza najlżejszymi atomami, takimi jak wodór i hel, choć po Wielkim Wybuchu nastąpił okres wysokiej temperatury. Jeśli cięższe pierwiastki, nie zostały utworzone tuż po Wielkim Wybuchu, to w takim razie: gdzie i kiedy? Skupmy się: jesteśmy zbudowani przede wszystkim z węgla i wapnia, oddychamy przede wszystkim węglem i azotem. Ale jak one powstały? Gdyby takiej możliwości nie było nie byłoby także i nas i nikt by teraz tego tekstu nie czytał. Wcześniej Artur Eddington zaproponował inną możliwą teorię dotyczącą nukleosyntezy. Sądził, że tyglami, w których lżejsze atomy łącza się w bardziej złożone pierwiastki (jądra atomowe), są gwiazdy. Jednakże temperaturę na powierzchni gwiazd oceniamy na kilka tysięcy stopni. W tej temperaturze z pewnością mogło dochodzić do powolnej przemiany wodoru w hel, ale nie wystarczała ona do syntezy z jąder helu naprawdę ciężkich jąder, to bowiem wymaga temperatury kilku miliardów stopni.
Na przykład, powstanie jąder neonu (10 protonów + 10 neutronów = 20 nukleonów) wymaga temperatury 3 miliardów stopni, a cięższych jąder krzemu (14 protonów + 14 neutronów = 28 nukleonów) - temperatury 13 miliardów stopni. To zaś prowadzi do kolejnego problemu. Jeżeli istniało środowisko, w którym mógł się utworzyć neon (²⁰Ne), nie wystarczało to by powstał krzem (²⁸Si). A jeśli panowała wystarczająco duża temperatura, aby uformował się krzem, cały neon powinien przekształcić się w coś cięższego. Wyglądało to tak, jakby każdy pierwiastek wymagał własnego dopasowanego pieca. Czy zatem we Wszechświecie musiały istnieć najróżniejsze ekstremalne środowiska? Nikt nie potrafił powiedzieć, gdzie mogłyby się one znajdować.
Problem nukleosyntezy dotyczył obu modeli. Model Wielkiego Wybuchu musiał wyjaśnić, w jaki sposób cząstki u zarania Wszechświata zaczęły przekształcać się w cięższe atomy, występujące w różnych proporcjach. Podobnie model stanu stacjonarnego musiał wytłumaczyć, jak cząstki, nieustannie stwarzane między oddalającymi się galaktykami, przeobrażały się w cięższe atomy.

1953, Fred Hoyle zaproponował, że w przyrodzie istnieją wzbudzone atomy węgla ¹²C, które mają energię większą od stanu podstawowego o 7,65 megaelektronowoltów (MeV). Takie wzbudzone jądro węgla ma masę równą dokładnie łącznej masie berylu 8 (8 nukleonów) i helu 4. Gdyby takie jądro węgla istniało, hel 4 mógłby reagować szybciej z berylem 8, tworząc węgiel 12. Stało by się możliwe utworzenie znacznej ilości węgla 12, pomimo bardzo krótkiego (6,7 • 10^-17 s ) czasu życia berylu 8 (łańcuch zaczyna się od zderzenia dwóch jąder helu 4 i utworzenia jądra berylu 8; następnie jądro berylu 8 zderza się z jądrem helu 4 tworząc jądro wzbudzonego węgla 12). To rozwiązało by problem produkcji węgla we wnętrzach gwiazd.
1953, Fred Hoyle i Willy Fowler spotkali się w Caltech'u i w laboratorium radiacyjnym znaleźli przewidywany przez Hoyle'a stan wzbudzony węgla 12 o energii 7,65 MeV powyżej stanu podstawowego. W ten sposób Hoyle udowodnił, że istnieje mechanizm, dzięki któremu hel mógł przekształcić się w beryl, a następnie w węgiel. Potwierdził, że do syntezy węgla dochodzi w temperaturze około 200 mln ^oC na drodze łączenia jąder berylu 8 i węgla 4. Proces zachodzi wolno, ale miliardy gwiazd w ciągu miliardów lat mogą wytworzyć znaczącą ilość węgla.

Rozwiązanie zagadki powstania węgla otwierało również drogę przed innymi reakcjami jądrowymi, dzięki którym utworzyły się wszystkie pozostałe pierwiastki. Hoyle rozwiązał kluczowy problem nukleosyntezy. Z punktu widzenia modelu stanu stacjonarnego Hoyle mógł teraz twierdzić, że prosta materia pojawiająca się między galaktykami, które się od siebie oddalają, formuje nowe galaktyki i gwiazdy, gdzie zostaje przetworzona w różnych gwiezdnych tyglach w cięższe pierwiastki obserwowane obecnie. Praca Hoyle'a była także czynnikiem stymulującym dla modelu Wielkiego Wybuchu, który nie potrafił wyjaśnić powstania ciężkich pierwiastków z wodoru i helu, obecnych we Wszechświecie, niemal od pierwszych chwil jego istnienia. Zatem oba konkurujące modele tłumaczyły syntezę cięższych pierwiastków, odwołując się do tego samego procesu gwiazdowego jednak tylko model Wielkiego Wybuchu potrafił zadowalająco wyjaśnić obfitości lżejszych pierwiastków takich jak wodór i hel ponieważ Gamow, Alpher i German wykazali, że obecność helu we Wszechświecie da się wytłumaczyć, jeżeli do syntezy helu z wodoru doszło zaraz po Wielkim Wybuchu (traktowanym dosłownie jako eksplozja trwająca kilka minut; całościowa teoria Wielkiego Wybuchu obejmuje w zasadzie całą dynamiczną, termiczną i chemiczną historię Wszechświata). Z najdokładniejszych obliczeń przeprowadzonych w ramach modelu Wielkiego Wybuchu wynikało, że hel powinien stanowić 10% wszystkich atomów we Wszechświecie, co bardzo dobrze zgadzało się z obserwacjami. A zatem teoria była spójna z obserwacjami. Natomiast modelowi stanu stacjonarnego nie udawało się wytłumaczyć obfitości helu. Dlatego jeśli chodzi o nukleosyntezę ciężkich pierwiastków można zrealizować to w ramach obu modeli ale tylko model Wielkiego Wybuchu potrafił wyjaśnić nukleosyntezę helu.
W przyszłości sprawy potoczyły się jeszcze korzystniej dla nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu, gdy przeprowadzono obliczenia syntezy jąder takich pierwiastków jak lit i bor, cięższych od helu, ale lżejszych od węgla. Z rachunków wynikało, że jądra litu i boru nie mogły powstać we wnętrzach gwiazd, lecz że wyłoniły się z ciepła Wielkiego Wybuchu w tym samym czasie, kiedy wodór przekształcał się w hel. Teoretyczne oszacowania obfitości litu i boru, uformowanych w cieple wielkiego wybuchu, dokładnie pasują do wyników współczesnych obserwacji. Podsumowując, wodór, hel, lit i bor powstały w ciągu kilku pierwszych minut po eksplozji w cieple Wielkiego Wybuchu. Cięższe pierwiastki, cięższe od węgla, powstały, a tak naprawdę powstają ciągle, także dzisiaj, w wyniku gwiezdnej nukleosyntezy. Pierwiastki te zasilają ośrodek między gwiazdowy gdy umierające gwiazdy pozbywają się swojej materii przede wszystkim w postaci mgławic planetarnych oraz eksplozji supernowych.

1954, Fred Hoyle opublikował drugą (po pracy z 1946 roku) podstawową publikację dotyczącą nukleosyntezy, w której wykazał, że pierwiastki znajdujące się pomiędzy węglem i żelazem nie mogą być syntetyzowane w takich samych procesach równowagowych. Hoyle przypisał te pierwiastki do konkretnych reakcji fuzji jądrowej zachodzących wewnątrz bogatych w składniki koncentrycznych powłokach ewoluujących masywnych gwiazd, pre-supernowych. Ten zaskakująco nowoczesny obraz jest dziś powszechnie akceptowany uznając, że nukleosynteza najcięższych pierwiastków odbywa się podczas eksplozji supernowych.

1954, Alan Sandage wykazał, że w wyznaczaniu odległości do galaktyk i wieku Wszechświata tkwi kolejny błąd. Wyznaczania odległości do bardzo odległych galaktyk nie można było wykonywać wykorzystując cefeidy ponieważ przy bardzo dużych odległościach nie udawało się ich zaobserwować. Astronomowie założyli więc, że statystycznie rzecz biorąc, najjaśniejsze gwiazdy w galaktykach mają takie same jasności. Oznacza to np., że jeśli wiemy jaką jasność ma najjaśniejsza gwiazda w Mgławicy Andromedy to jest duże prawdopodobieństwo, że w odległych galaktykach spiralnych najjaśniejsze gwiazdy mają taką samą jasność. A jeśli tak to mamy już metodę statystyczną na wyznaczenie odległości. Sandage pokazał jednak, że astronomowie przeważnie popełniali systematyczny błąd biorąc mylnie za najjaśniejsze gwiazdy w galaktykach w rzeczywistości obłoki zjonizowanego wodoru: obłoki HII. Sandage wykazał, że najjaśniejsze gwiazdy w odległych galaktykach są w istocie znacznie słabsze niż brane za nie obszary HII, tak więc odlegle galaktyki, znajdują się dużo dalej, niż sądzono. Należało zatem ponownie poprawić wartość stałej Hubble'a i skorygować wiek Wszechświata.

Mamy zatem: (0) oryginalna wartość wyznaczona przez Hubble'a H₀ = 525 (km/s)/Mpc daje 1/H₀ = 1,9 mld lat, (1) po poprawce Baadego H₁ = 276 (km/s)/Mpc, 1/H₁ = 3,5 mld lat, (2) po poprawce Sandage'a H₂ = 125 (km/s)Mpc, 1/H₂ = 7,8 mld lat, (3) dzisiejsze oszacowania H₃ = 75 (km/s)/Mpc, 1/H₃ = 13,5 mld lat. W ten sposób problem wieku Wszechświata w modelu Wielkiego Wybuch został usunięty.

1957, Margaret Burbridge, Geoffrey Burbridge, William Fowler i Fred Hoyle (B²FH) opublikowali artykuł, I, II, III, który podsumowuje ponad dziesięć lat pracy Hoyle'a i jego współpracowników nad rozwiązaniem problemu gwiazdowej nukleosyntezy. W artykule przedstawili rolę każdej gwiezdnej fazy i konsekwencje każdej reakcji jądrowej. Autorzy wykazali, że możliwe jest wyjaśnienie w ogólny sposób obfitości praktycznie wszystkich izotopów atomów od wodoru po uran za pomocą syntezy w gwiazdach i supernowych. Jestem zdania, że artykuł ten to jedno z największych osiągnięć nauki XX wieku a zapewne także w całej historii ludzkości. Pamiętaj: historia atomów to także Twoja historia!
1961, Martin Ryle skatalogował już 5 tysięcy radiogalaktyk i przeanalizował ich rozkład. Nie był w stanie zmierzyć dokładnie odległości do każdej z nich, ale mógł zastosować przemyślny argument statystyczny, aby stwierdzić, czy rozkład pasuje do modelu stanu stacjonarnego czy modelu Wielkiego Wybuchu. Wynik okazał się jednoznaczny: radiogalaktyki wykazywały tendencję do przebywania w większej ilości na dużych odległościach, dokładnie tak, jak przewidywał model Wielkiego Wybuchu. Wnioskowanie to oparte było na ogólnie akceptowanym poglądzie, że radiogalaktyki są, ogólnie rzecz biorąc, młodsze od przeciętnej galaktyki. Dlatego jeżeli model Wielkiego wybuchu jest prawdziwy, radiogalaktyki powinny w zasadzie znajdować się bardzo daleko od Drogi Mlecznej. Jeśli natomiast prawdziwy jest model stanu stacjonarnego, powinny występować zarówno blisko, jak i daleko. A zatem ustalając rozkład radiogalaktyk można było rozstrzygnąć, który z modeli jest poprawny. Ekipa stanu stacjonarnego sama położyła głowę pod topór, formułując jednoznaczną prognozę, że Wszechświat powinien wszędzie wyglądać tak samo, z młodymi galaktykami znajdującymi się blisko i daleko.
1963, Maarten Schmidt badał radioźródło noszące numer 273 w przeglądzie 3C Ryle'a, a więc określane jako 3C 273. W tym czasie uważano, że większość radioźródeł stanowią odległe galaktyki, jednakże sygnał radiowy z obiektu 3C 273 był tak silny, że uznano, iż jest to nowy typ pobliskiej osobliwej gwiazdy w Drodze Mlecznej. Co więcej, obserwowany przez teleskopy optyczne obiekt 3C 273 wyglądał raczej jak świetlny punkt niż mgiełka (galaktyka), co wzmacniało przekonanie astronomów, że mają do czynienia z gwiazdą a nie z galaktyką. Schmidt próbował zmierzyć długość linii w widmie emitowanym przez 3C 273, aby ustalić skład chemiczny, ale początkowo był bezradny, gdyż długości fal nie odpowiadały żadnym liniom znanych atomów. W końcu znalazł przyczynę swojej konfuzji. Miał przed sobą dobrze znane linie wodoru, ale wykazywały one przesunięcie ku czerwieni, jakiego nikt wcześniej nie obserwował. Było to zdumiewające, ponieważ przypuszczano, że obiekt 3C 273 jest dość bliska gwiazdą, wędrującą z prędkością nie większą niż 50 km/s (typową dla gwiazd w Drodze Mlecznej), o wiele za małą, by odpowiadała za olbrzymie przesunięcie ku czerwieni obserwowane przez Schmidta. Albowiem z jego pomiarów wynikało, że obiekt 3C 273 oddala się z prędkością 48 000 km/s, a więc sięgającą 18% prędkości światła. Według prawa Hubble'a taka prędkość świadczyła o tym, że 3C 273 jest najdalszym obiektem, jaki dotąd dostrzeżono, znajdującym się ponad miliard lat świetlnych od Ziemi. Obiekt 3C 273 nie był dość jasną lokalną gwiazdą, lecz fantastycznie jaskrawą odległą galaktyką, kilkaset razy jaśniejszą od najjaśniejszych znanych galaktyk. Jasność 3C 273 ujawniał się jednak przede wszystkim na falach radiowych, a w znacznie mniejszym stopniu w świetle widzialnym.

3C 273 został nazwany gwiazdopodobnym obiektem radiowym (ang. quasi-stellar radio object, skąd dzisiejszy termin "quasar", "kwazar"), gdyż była to radiogalaktyka, której olbrzymia odległość i wielka jasność sprawiały, że przypominała gwiazdę. Wkrótce zidentyfikowano pośród radiogalaktyk kilka następnych kwazarów, niezwykle jasnych i bardzo dalekich.
Inna tajemnica kwazarów - blisko związana z dyskusją między zwolennikami Wielkiego Wybuchu i stanu stacjonarnego - dotyczyła ich rozkładu. Wszystkie kwazary wydawały się leżeć w najodleglejszych zakątkach kosmosu. Zwolennicy Wielkiego Wybuchu nie mieli wątpliwości, co to znaczy. Twierdzili, że skoro obserwujemy kwazary wyłącznie na bardzo dużych odległościach, światło od nich biegło miliardy lat, zanim dotarło do nas, tak więc widzimy je takimi, jakimi były miliardy lat temu - skąd wynika, że kwazary istniały tylko we wcześniejszych epokach Wszechświata. Zapewne wyższe temperatury i większe gęstości wczesnego Wszechświata sprzyjały formowaniu się jasnych kwazarów. Model Wielkiego Wybuchu dopuszczał możliwość, że niegdyś, we wczesnym Wszechświecie koło nas też znajdowały się kwazary, ale od tamtej pory przekształciły się w zwykłe galaktyki i dlatego lokalnie kwazarów nie obserwujemy. Dla zwolenników stanu stacjonarnego rozmieszczenie kwazarów stanowiło problem, ponieważ według modelu stanu stacjonarnego Wszechświat był taki sam i wszędzie. Jeśli kwazary znajdowały się daleko i należały do przeszłości, powinny istnieć również tutaj i teraz, a tego nie obserwowano.

1965, Arno Penzias i Rober Wilson opublikowali wyniki dokonanych w Laboratoriach Bella pomiarów związanych z programem przeszukiwania nieba i badania różnych radioźródeł z wykorzystaniem specjalnej anteny stożkowej zbudowanej na potrzeby komercyjnego programu związanego z satelitą-balonem "Echo". Podczas przeglądu rejestrowali różnego rodzaju szumy w aparaturze i kolejno je usuwali. Na końcu pozostał jednak bardzo słaby szum, którego nie udało się usunąć. Charakterystyczną cechą tego zakłócenia było to, że nie zależało ono od kierunku ustawienia anteny, dochodziło równomiernie z każdego kierunku. Innymi słowy, szum pozostawał taki sam, bez względu na czas i kierunek obserwacji. Dokładne obliczenia pokazywały, że szum ten odpowiada długości fali odpowiadającej temperaturze ok. 3 K. Odpowiadało to przewidywanej przez Gamowa, Alphera i Hermana temperaturze promieniowania reliktowego pozostałego po chwili rekombinacji atomów ok. 300 000 lat po Wielkim Wybuchu. Przeprowadzone w kolejnych latach pomiary promieniowania reliktowego (mikrofalowego promieniowania tła) potwierdziły z dużą dokładnością, że wszystkie cechy tego promieniowania pozostają w zgodzie z przewidywaniami modelu Wielkiego Wybuchu. Tak więc można było przyjąć, że mikrofalowe promieniowanie tła i model Wielkiego Wybuchu nie budzą wątpliwości.

Odkrycie mikrofalowego promieniowania tła (promieniowania reliktowego) dało kosmologom pewność siebie. Promieniowanie to nie tylko istniało, ale miało oczekiwaną długość fali (a zatem temperaturę). Potwierdzało więc ogólną poprawność modelu Wielkiego Wybuchu, ale także było dowodem na to, że kosmolodzy rozumieją pewne szczegóły procesu ewolucji temperatury i gęstości Wszechświata po Wielkim Wybuchu. Dla większości badaczy kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła stanowiło rozstrzygający argument na rzecz wszechświata, który miał początek i ewoluuje, w przeciwieństwie do wszechświata wiecznego, pozostającego właściwie w stanie stacjonarnym. Model Wielkiego Wybuchu nabierał coraz większego sensu i zyskiwał coraz większe uznanie.
Model Wielkiego Wybuchu nie rozwiązywał wówczas wszystkich problemów (do dzisiaj nie poradził sobie z wszystkimi). Największą uwagę skupiały dwa problemy: (1) dlaczego Wszechświat jest płaski, oraz (2) w jaki sposób Wszechświat, który wyłonił się z Wielkiego Wybuchu, mógł tak ewoluować, że powstały w nim galaktyki. Zwróćmy uwagę na drugi z wymienionych problemów i przyznajmy, że przed modelem Wielkiego Wybuchu stało jasno sformułowane wyzwanie: w jaki sposób Wszechświat o niespotykanej jednorodności krajobrazu mógł wyewoluować w kosmos zapełniony masywnymi galaktykami i olbrzymimi obszarami pustej przestrzeni tworzącymi jego wielkoskalową strukturę, którą możemy obserwować badając przestrzenny rozkład galaktyk? Próbując rozwiązać ten problem przyjmowano, że wczesny Wszechświat, mimo iż jednorodny, nie był jednorodny idealnie. Sądzono, że jednorodność bardzo młodego Wszechświata, została zaburzona w chociaż niewielkim stopniu. Gdyby tak się stało, wówczas, jak sądzono, te mikroskopijne (w skali kosmicznej) zaburzenia gęstości wystarczyłyby do uruchomienia koniecznej ewolucji Wszechświata. Obszar o nieznacznie większej gęstości zacząłby za sprawą grawitacji przyciągać ku sobie materię, zwiększając w ten sposób swoją gęstość, a więc przyciągając jeszcze więcej materii - i tak aż do uformowania się pierwszych galaktyk. Innymi słowy, kosmolodzy wymyślili najdrobniejsze zaburzenia gęstości, a dalej już łatwo było sobie wyobrazić, w jaki sposób grawitacja zmusi Wszechświat do utworzenia licznych i skomplikowanych struktur i podstruktur. Jeśli tak właśnie wyglądał mechanizm powstawania galaktyk według modelu Wielkiego Wybuchu, to najwcześniejsze zaburzenia gęstości spowodowałyby pojawienie się w kosmosie niezwykłych zagęszczeń. Dzisiejszy Wszechświat zawiera mnóstwo obiektów, których średnia gęstość wynosi około 1 t/m³, a więc jest zbliżona do gęstości wody. Ziemia na przykład ma gęstość 5,51 t/m³ (gęstość stali 7,86 t/m³) , Słońce ma gęstość 1,4 t/m³, nieco większą niż woda, podczas gdy gęstość Saturna jest mniejsza, bo równa 0,7 t/m³, gęstość Drogi Mlecznej wynosi już tylko 0,000 000 000 000 000 000 000 007 t/m³. Z drugiej strony istnieją olbrzymie puste przestrzenie kosmosu, niezawierające niczego (prawie!). Koniec końców, średnia gęstość całego Wszechświata wynosi w przybliżeniu 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 001 t/m³. Tak więc model Wielkiego Wybuchu wczesny Wszechświat był wypełniony najbardziej jednorodną, zharmonizowaną, jednolitą, gładką zupą materii, jaką można sobie wyobrazić. Następnie drobne zaburzenia w tym morzu jednorodności uruchomiły łańcuch wydarzeń, który po kilku miliardach lat doprowadził do Wszechświata, w którym istnieją gigantyczne różnice między bardzo gęstymi galaktykami i obszarami pustki, w których panuje niemal próżnia. Aby udowodnić, że doszło do tak niesamowitej przemiany, kosmolodzy Wielkiego Wybuchu musieli znaleźć dowód istnienia zaburzeń gęstości, które zainicjowały tworzenie się galaktyk.
Oczywistym miejscem, w którym należało poszukać śladów zaburzeń we wczesnym Wszechświecie, był najstarszy relikt kosmosu, czyli mikrofalowe promieniowanie tła. Promieniowanie to zostało uwolnione w szczególnym momencie kosmicznej historii, więc obecnie jest traktowane jako "skamieniałość" przedstawiającą stan Wszechświata 300 000 lat po jego powstaniu. Odkrywając zatem kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła astronomowie spoglądali w istocie w przeszłość i oglądali Wszechświat na bardzo wczesnym etapie ewolucji. Według modelu Wielkiego Wybuchu Wszechświat miał co najmniej 10 miliardów lat, więc możliwość oglądania Wszechświata 300 000 lat po jego powstaniu oznaczała przyglądanie się mu w wieku wynoszącym 0,003% wieku obecnego. Gdyby w tym momencie historii Wszechświata istniały zaburzenia gęstości, powinny odcisnąć się na obserwowanym dzisiaj promieniowaniu reliktowym. A to dlatego, że fragment Wszechświata mający gęstość nieco większą od gęstości średniej - grudka materii - w dobrze określony sposób wywarłaby wpływ na promieniowanie tła, które się z niego wyłoniło. Promieniowaniu z takiego obszaru byłoby nieco trudniej się wydostać, gdyż działałaby na nie nieco większa siła ciążenia, związana z gęstą grudką materii. Dlatego wyłaniające się z niej promieniowanie straciłoby ułamek energii, a więc miałoby nieco większą długość fali (byłoby bardziej czerwone niż promieniowanie wyłonione z obszarów o mniejsze gęstości, które wydawałoby się bardziej niebieskie). A zatem badając promieniowanie tła nadbiegające z różnych kierunków we Wszechświecie astronomowie mieli nadzieję wykryć niewielkie różnice w długościach fal. Promieniowanie docierające z pewnego kierunku i mające nieco większą długość fali (bardziej czerwone) wskazywałoby, że wyłoniło się z fragmentu Wszechświata o trochę większej gęstości, podczas gdy promieniowanie z innego kierunku, obdarzone mniejszą długością fali (bardzie niebieskie), pochodziłoby z części dawnego Wszechświata, której gęstość była niegdyś odrobinę mniejsza. Odkrycie takich różnic udowodniłoby, że we wczesnym Wszechświecie istniały fluktuacje gęstości, które można by uznać za zarodki galaktyk (tak naprawdę zarodki wielkich obłoków, z których powstawały miliardy galaktyk). Model Wielkiego Wybuchu stałby się jeszcze bardziej wiarygodny.
Penzias i Wilson udowodnili, że kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła istnieje i że ma w przybliżeniu właściwą długość fali, teraz jednak astronomowie zaczęli prowadzić coraz dokładniejsze pomiary, próbując wykazać, iż promieniowanie nadciągające z różnych części Wszechświata  nieco różni się długościami fal. Niestety, obserwowane z powierzchni Ziemi promieniowanie tła wszędzie wyglądało tak samo. Nie udawało się znaleźć jakiegokolwiek, nawet najdrobniejszego zwiększenia lub zmniejszenia długości fali.

1976, George Smoot z zespołem zebrali dane z detektora zainstalowanego na pokładzie samolotu Lockheed Martin U-2 i uzyskali obraz pokazujący, że promieniowanie pochodzące z jednej strony nieba miało długość fali większą o tysięczną część od promieniowania dobiegającego z drugiej połowy nieba. Zebrane dane wskazywały, że lokalna grupa galaktyk (grupa galaktyk, której członkiem jest także Droga Mleczna z naszym Układem Słonecznym) porusza się z prędkością 627±22 km/s względem układu odniesienia związanego z promieniowaniem tła w kierunku obszaru o współrzędnych galaktycznych l = 276°±3°, b = 30°±3°. Skutkiem tego ruchu jest obserwowana dipolowa anizotropia promieniowania tła (promieniowanie tła wydaje się nieco cieplejsze w kierunku ruchu i chłodniejsze w kierunku przeciwnym). Wynik ważny i ciekawy wskazujący, że Droga Mleczna razem z Układem Słonecznym uczestniczą w wielkoskalowym spływie galaktyk w kierunku supergromady w gwiazdozbiorze Panny (Wielki Atraktor), ale nie taki jakiego poszukiwano. Fluktuacje, które dałyby początek galaktykom, powinny mieć bardzo nieregularny rozkład i na niebie wyglądać jak przypadkowo rozrzucona mozaika. Trzeba zatem wykonać badania z większą zdolnością rozdzielczą.
1989-1993, Cosmic Background Explorer (COBE) był pierwszym sztucznym satelitą zbudowanym specjalnie do badań kosmologicznych. Przez cztery lata zbierał dane, które miały umożliwić wyszukanie nieregularności mikrofalowego promieniowania tła. Misja COBE przeszła do historii jako wydarzenie, które zmieniło kosmologię z nauki filozoficznej w fizyczną. Badania wykazały, że uzyskana krzywa intensywności promieniowania idealnie zgadza się z teoretyczną dla ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,726 ± 0,010 K i maksimum emisji przy długości fali 1,869 mm. Zebrane dane umożliwiły opracowanie pełnej mapy nieba promieniowania tła. Obserwowane fluktuacje promieniowania były bardzo niewielkie, tylko jedna część na 100000 w porównaniu z temperaturą średnią 2,73 kelwinów. Poziom obserwowanych fluktuacji był niewystarczający aby odtworzyć wielkoskalową strukturę Wszechświata zgodnie z modelem Wielkiego Wybuchu.
2001-2010, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) zebrał dane, które pozwoliły opracować pełną mapę nieba promieniowania tła oraz wyznaczyć wiek Wszechświata, 13,772±0,059 miliardów lat, oraz wartość stałej Hubble'a, 69,32±0,80 (km/s)/Mpc. Zebrane dane umożliwiły opracowanie pełnej mapy nieba promieniowania tła. Obserwowane fluktuacje promieniowania były nadal bardzo niewielkie, tylko 5 części na 100000 w porównaniu z temperaturą średnią 2,73 kelwinów, ale już na poziomie, który pozwalał na tworzenie struktur zgodnie z modelem Wielkiego Wybuchu.
2009-2016, satelita Planck realizował zadanie zbierania danych do sporządzenia mapy nieba promieniowania tła. Zebrane dane pozwoliły opracować mapę z większą zdolnością rozdzielczą niż dotychczasowe misje. Dane wskazują na wiek Wszechświata 13,798 ± 0,037 miliardów lat oraz wartość stałej Hubble'a równą 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc. Obserwacje mikrofalowego promieniowania tła dobrze pasują do modelu Wielkiego Wybuchu.

Próby wykazania, że model Wielkiego Wybuchu jest prawdziwy, znalazły swój szczęśliwy koniec. Fundamentalne pytanie o początek Wszechświata, stawiane przez pokolenia filozofów przyrody, fizyków, astronomów i kosmologów zostało rozstrzygnięte i to był ich sukces: Rutherforda, Einsteina, Friedmanna, Lundmarka, Lemaîtrea'a, Hubble'a, Bathego, Gamowa, Alphera, Hermana, Baadego, Penziasa, Wilsona, Smoota, zespołów COBE, WMAP, Planck i wielu innych. Nie pomińmy ogromnych osiągnięć Hoyle'a, twórcy modelu stanu stacjonarnego i krytyka modelu Wielkiego Wybuchu, ale jednocześnie najważniejszego członka zespołu, który opracował do końca teorię gwiezdnej nukleosyntezy włączonej teraz do modelu Wielkiego Wybuchu. Nie ulegało już wątpliwości, że Wszechświat jest dynamiczny, że się rozszerza i ewoluuje - i że wszystko, co widzimy dzisiaj, wyłoniło się 13,5 miliarda lat temu z gorącego, gęstego i zwartego Wielkiego Wybuchu. Model Wielkiego Wybuchu został zaakceptowany.