М. П. Бронштейн работал и в области физики полупроводников в самом начале её 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 расчёты влияния магнитного момента нейтрона на взаимодействие с веществом, в котором он движется. Эти расчёты 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 преподаёт 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
Летом 1935 года М. П. Бронштейн занялся проблемой квантования гравитации и вскоре написал две работы, которые стали его главным вкладом в области теории гравитации и космологии. Они же послужили основой его диссертации «Квантование гравитационных волн», которую он успешно защитил в ноябре 1935 года в Ленинградском ФТИ. Оппонентами выступали В. А. Фок и И. Е. Тамм, а в дискуссии приняли участие Ю. А. Крутков, Я. И. Френкель и В. К. Фредерикс. В. А. Фоком было отмечено, что проведённое исследование —
«первая работа по квантованию гравитационных волн, в которой дело доведено до получения физических результатов».
Один из важнейших результатов, сохранивших своё значение до нашего времени, состоит в общем анализе совместимости квантовых и общерелятивистских представлений. М. П. Бронштейн рассмотрел гравитацию в приближении слабого поля, когда можно не учитывать геометрический характер гравитационного поля. Он получил два важных физических следствия: во-первых, формулу для интенсивности гравитационного излучения, которая совпала в классическом пределе с аналогичным выражением Эйнштейна, и, во-вторых, ньютоновский закон тяготения как следствие квантово-гравитационного закона взаимодействия. Исследования Матвея Петровича продемонстрировали глубокие связи классического и квантового вариантов описания гравитации, что свидетельствовало о возможности и необходимости квантового обобщения теории гравитации. Он, в частности, указал на причину, по которой нельзя гравитацию квантовать по подобию квантовой электродинамики. В 1935 году, исследуя условия приближения слабой гравитации, он обратился к анализу измеримости гравитационного поля и пришёл к выводу:
«В области общей теории относительности, где отклонения от „евклидовости“ могут быть сколь угодно велики… возможности измерения ещё более ограничены, чем можно заключить из квантово-механических перестановочных соотношений»,
и
«без глубокой переработки классических понятий кажется едва ли возможным распространить квантовую теорию гравитации также на эту область».
Тем самым были впервые указаны границы применимости общей теории относительности и установлено различие квантовой электродинамики, не учитывающей структуры элементарного заряда, и квантовой теории гравитации, в которой гравитационный радиус пробного тела не может превосходить его линейных размеров. Таким был качественный анализ границ применимости ОТО, и, конечно, для количественных оценок необходима точная теория квантовой гравитации и единая теория всех фундаментальных взаимодействий, которые всё ещё не построены.
Заключительные замечания
Естественно, в столь короткой заметке невозможно многое описать и даже просто изложить о М. П. Бронштейне как об учёном, педагоге и человеке, во многом предвосхитившем и осознавшем появление квантовой теории гравитации в середине 30-х годов прошлого столетия. Знавшие Матвея Петровича говорили о его поразительной образованности и энциклопедических познаниях.
Для него жизненно необходимой была целостная и развивающаяся физическая картина мира. Идея глубинного родства микрофизики и космологии была глубоко в сознании Матвея Петровича, идея эта в настоящее время лежит в попытках теоретической физики построить единую и самосогласованную теорию квантовой гравитации, отвечающей экспериментальным данным и предсказывающей эволюцию Вселенной.
Мы не упоминали о его философских, популяризаторских и других интеллектуальных качествах, а также о личных аспектах его жизни.
К сожалению, надо отметить трагический факт его ареста ночью 1 августа 1937 г. в Киеве, в доме родителей, и перевода затем в Ленинград. Он стал жертвой сталинских репрессий и был расстрелян 18 февраля 1938 года выстрелом в затылок в подвале ленинградской тюрьмы. Реабилитирован М. П. Бронштейн в 1957 году.
Обо всём, что упоминалось в этой короткой заметке, и о многом другом интересующийся читатель может прочесть, например, в книгах: «Эйнштейновский сборник», 1980–1981: Сб. статей. — Москва, Наука, 1985, Г. Е. Горелик и В. Я. Френкель «Матвей Петрович Бронштейн», Москва, Наука, 1990; а также в обзоре Г. Е. Горелик, УФН, т. 175, № 10 (2005) с. 1093–1108.