И всё же в этот период научной столицей в СССР был Ленинград (Академия наук и её основные институты находились здесь до 1934 г.). Это и послужило поводом тому, что М. П. Бронштейн переехал Ленинград, где он поступил в 1926 г. в Ленинградский университет.
В Ленинградском университете
В 1926 году М. П. Бронштейн начинает учиться на физическом факультете Ленинградского университета, что даёт ему возможность войти в научное сообщество физиков и современных физических идей. Очень скоро на физическом факультете заговорили о студенте, который мог сдать по своему уровню любой экзамен. Профессор Орест Данилович Хвольсон, к которому М. П. Бронштейн пришёл сдавать экзамен за весь курс общей физики, заявил:
«Что это за маскарад, милостивый государь?! Третьего дня я читал вашу статью в „Цайтшрифт фюр физик“, а сегодня вы приходите ко мне экзаменоваться?! Давайте вашу зачётку!»
Ещё через неделю М. П. Бронштейн сдал экзамен по математике за первый курс. Судя по зачётке, среди его учителей в университете были математики Б. Н. Делоне и В. И. Смирнов, физики В. Р. Бурсиан, M. М. Глаголева, Ю. А. Крутков, П. И. Лукирский, А. Н. Теренин, В. А. Фок, В. К. Фредерикс, С. Э. Фриш, химик С. А. Шукарев. В эти годы им получены оригинальные результаты в астрофизике, по которым, после введения в СССР в 1934 году учёных степеней, ему была присвоена степень кандидата наук без защиты. Уместно напомнить о той атмосфере, которая была в это время в астрономии в Ленинграде. В университете астрономическое отделение входило в состав механико-математического, а не физического факультета. Причины этого исторические, и на них мы останавливаться не будем.
Однако с развитием идей квантовой природы света и в особенности когда квантовая теория разгадала структуру спектральных линий, астрономия стала опираться на физику не в меньшей мере, чем на небесную механику. В это время астрономия стала ставить и решать такие задачи, которые до этого были просто немыслимы. Именно вторая половина 20-х годов — период совершеннолетия астрофизики.
И любой физик, следящий за развитием фундаментального естествознания, не мог не заметить такого расцвета астрофизики. М. П. Бронштейн был одним из таких. В университете он стал ходить на занятия к астрономам и на семинарах, которые проходили в Ленинградском университете и в Пулковской обсерватории, он особенно сблизился с В. А. Амбарцумяном и Н. А. Козыревым.
Оба эти талантливых астрофизика входили в состав известной в то время группы студентов, которая сформировалась в университете в 20-е годы. В её состав входили ещё М. П. Бронштейн, Г. А. Гамов, Л. Д. Ландау, Д. Д. Иваненко — яркое созвездие будущих звёзд первой величины в физике. М. П. Бронштейн и Д. Д. Иваненко не раз были в Пулковской обсерватории, где обсуждали многие вопросы теоретической физики и астрофизики, после которых появились работы М. П. Бронштейна по теории переноса излучения в атмосферах Солнца и звёзд.
В этот же период проблемами астрофизики занимался и Л. Д. Ландау, в результате появилась его статья 1932 г. о возможности существования сверхплотных звёзд. Следует отметить, что на фоне бурного развития идей релятивистской и квантовой физики астрофизика обрела важные открытия наблюдательного характера; в частности, была окончательно установлена внегалактическая природа спиральных туманностей — других галактик (Хаббл, 1924), что заметно раздвинуло рамки астрономической природы происхождения Вселенной. Новую идеологию в астрофизику несли молодые физики. Третья, и последняя, работа М. П. Бронштейна по звёздным атмосферам была опубликована в английском журнале Monthly Notices (1929 г.), представил её сам Милн, один из корифеев в этой области того времени. Для М. П. Бронштейна 1929 год был творческим не только в астрофизике, но ещё и в геофизике. В июле 1929 года, будучи студентом, он работал в должности физика в Главной геофизической обсерватории (ГГО), в отделе теоретической метрологии. Отделом руководил Л. В. Келлер (1863–1939), один из ближайших сотрудников А. А. Фридмана (основоположника современной космологии), который занимался теорией циркуляции атмосферы. К этой области относились работа М. П. Бронштейна и ряд его докладов на семинарах в ГГО. Изобилие духовной жизни, царившее вокруг Бронштейна, сочеталось с довольно скудными условиями материальной жизни. Поскольку он не получал стипендии, ему приходилось зарабатывать на жизнь другими способами, в частности, ему нравилось писать популярные статьи о науке. В это время в стране появилось много научно-популярных журналов с приложениями в виде брошюр. Лозунгом этого времени стали слова «знание — сила», и не случайно журнал с таким названием появился именно в 1926 году. А в 1929 году читатели журнала «Человек и природа» познакомились с популярной работой М. П. Бронштейна, написанной по работе А. Эйнштейна, в которой великий физик предпринял попытку объединить гравитацию и электромагнетизм.
Автор на довольно простом качественном уровне взялся объяснять новые попытки Эйнштейна создать единую теорию поля того времени. Производят особое впечатление слова о квантовой геометрии где он указывает на то, что прерывность в малых объёмах пространства должна найти своё отражение в геометрии и что, таким образом, свойства пространственно-временной протяжённости должны иметь квантовый, прерывный характер.
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 пришёл работать в Ленинградский физико-технический институт в группу теоретической физики: её руководитель Я. И. Френкель написал на заявлении Бронштейна о приёме 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 её 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 звёздах 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 удалённых 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.