В заключении этой статьи он пишет: «Построение такой геометрии пространства и времени, из которой вытекали бы не только законы тяготения и электромагнитного поля, но и квантовые законы – вот величайшая задача, которая когда-либо стояла перед физикой».
В апреле 1930 года М. П. Бронштейн пришел работать в Ленинградский физико-технический институт в группу теоретической физики: ее руководитель Я. И. Френкель написал на заявлении Бронштейна о приеме на работу: «М. П. Бронштейн является исключительно талантливым физиком-теоретиком, с широкими интересами, большой инициативой и чрезвычайно большими познаниями. Я не сомневаюсь, что он будет одним из наиболее ценных сотрудников теоретического отдела института и лаборатории».
По своей структуре того времени в эту группу входила «Бригада 1-я – теоретическая физика». Бригадиром был В. Р. Бурсиан, а ее членами: старший инженер Л. Д. Ландау, инженеры В. А. Фок, В. А. Кравцов, А Г. Самойлович, Б. И. Давыдов, А И. Тиморева, научный сотрудник Г. А Мандель и ст. инженер М. П. Бронштейн. В ФТИ постоянно действовали два семинара – общеинститутский и теоретический.
На теоретический семинар отдела, руководимый Я. И. Френкелем, часто приезжали И. Е. Тамм из Москвы, Л. Д. Ландау из Харькова, многие физики из других городов, а также делали доклады: Н. Бор, М. Борн, П. А. М. Дирак, Ланжевен, Ф. Лондон, Н. Мотт, Р. Пайерлс, В. Паули. Не раз на этом семинаре выступал и М. П. Бронштейн. Так, в 30-х годах, когда он курировал работы как теоретик в области ядерной физики, им был сделан обзор экспериментальных результатов группы Э. Ферми по ядерным реакциям на медленных нейтронах.
Научные интересы М. П. Бронштейна охватывали многие области теоретической физики – от изучения аномальных явлений в диэлектриках до теории лучистого равновесия в звездах и галактических туманностях. Вместе с В. К. Фредериксом он написал энциклопедическую статью о теории относительности, а в УФН был написан его обзор по космологии – «Современное состояние релятивистской космологии», который был более чем своевременным после открытия в 1929 году Э. Хабблом красного смещения в спектрах удаленных галактик, после чего космология и стала реальной физической теорией. Принципиальное значение для космологии имела его последняя работа (ЖЭТФ, 1937 г.) о возможности спонтанного расщепления фотона. В этой работе было показано, что такая возможность отсутствует, что явилось теоретическим подтверждением факта отсутствия «старения» фотонов, и тем самым указанием на расширение Вселенной. Это был первый реальный результат взаимодействия физики элементарных частиц и космологии, что характерно для нашего времени, когда из космологических данных наблюдений извлекаются свойства элементарных частиц, а космологические модели Вселенной строятся на основе теории элементарных частиц.
М. П. Бронштейн работал и в области физики полупроводников в самом начале ее бурного развития. В обзоре ЖЭТФ (1932 г.) в простой и доступной форме он изложил количественную теорию проводимости полупроводников, а также термоэлектрических, гальваномагнитных и термомагнитных явлений в них. С экспериментальным открытием в 1932 году нейтрона и позитрона в ФТИ развернулись интенсивные исследования в области физики атомного ядра и ядерной физики, и Матвей Петрович активно принимал в них участие. Им были подготовлены обзоры для первой Всесоюзной конференции по физике ядра (Ленинград, сентябрь 1933 г.). Его работы в области квантовой электродинамики относились к вопросам рассеяния гамма-лучей и установления границ применимости формулы Клейна-Нишины, а также к физике космических лучей. В одной из последних работ по ядерной физике им проделаны расчеты влияния магнитного момента нейтрона на взаимодействие с веществом, в котором он движется. Эти расчеты были выполнены по просьбе И. В. Курчатова. За первые пять физтеховских лет Матвей Петрович опубликовал больше двух десятков научных статей и столько же популярных работ. Написал книгу для детей «Солнечное вещество».
В этот период плодотворной научной работы М. П. Бронштейн преподает в Ленинградском университете, читая лекции по квантовой механике, статистической физике, общей теории относительности и электродинамике для студентов и аспирантов.
Научная и просветительская деятельность М. П. Бронштейна внесла свой вклад в стремительное развитие теоретической и ядерной физики в нашей стране первой половины 30-х годов.
Зарождение основ квантовой гравитации