I Göttingen møtte han sin fremtidige hustru Tatjana Afanasjeva, en ung matematiker født i Kiev, på den tiden hovedstad i Guvernementet Kiev i Det russiske keiserdømmet, og utdannet i St. Petersburg. Våren 1903 møtte han Hendrik Antoon Lorentz under en kort reise til Leiden. I mellomtiden forberedte han sin doktorgradsavhandling, (tysk: ). Den 23. juni 1904 mottok han sin doktorgrad i Wien, hvor han oppholdt seg fra 1904 til 1906 og blant annet førte diskusjoner med Lise Meitner.