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人类时空观念的进化经历了一个从静态时空观、时间和空间相互割裂观到时空互化的内在统一观，以及分维、多维时空观的变化，这一变化集中体现着人类时空观念从简单性到复杂性的发展历程。
一、时空割裂的静态时空观
人类对时间和空间关系的早期研究，更多的是在一种静态的、相互割裂的状态下进行的。
牛顿提出的“绝对时间”和“绝对空间”，是对时间和空间关系的绝对割裂。在那里，时间是和事物演化、空间状态绝对无关的均匀流逝的纯粹的持续性，空间是和事物存在、时间流逝绝对无关的一个永恒不变不动的虚空框架。牛顿写道：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着”；“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。”[1]
爱因斯坦创立的相对论，否定了牛顿力学中的绝对时空的观念。他的“四维时一空连续统”指明了时间、空间同运动着的物质不可分割的联系。但是，在爱因斯坦那里，时间和空间的关系还只是一种外在的统一。无论是狭义相对论中的“不同时性原理”和“钟慢尺缩效应”，还是广义相对论中的“时空弯曲”理论，揭示的都还只是时空在不同参照系中，在不同的质能运动系统中的相对差异性。至于时间和空间在演化过程中的内在统一性关系，在相对论那里并未得到清晰的揭示。
爱因斯坦曾这样解释相对论时空观与牛顿绝对时空观的区别：“老派物理学家只考虑空间的转换，因为对他们来说，时间是绝对的。他们觉得把四维世界连续区分解为空间和时间是自然而方便的。但是从相对论的观念来看，时间和空间从一个坐标系过渡到另一个坐标系时都是要改变的。”“所有的事件都可以描画成随时间变化而且投射在三维空间的背景上的动图。但是也可以直接描画成投射在四维时一空联系区的背景上的静图。从经典物理学的观点来看，这两个图，一个动的，一个静的，都是等效的。但是从相对论的观点来看，静图比较方便，而且更符合客观实际。”[2]
由此我们也可以看出，爱因斯坦的相对论还是在一个没有自身演化的、静止的宇宙背景条件下来谈论时间和空间与物质的质—能运动间的统一性关系的。在这样一种静态背景面前，时间和空间的关系只能是外在的。
只有当人们把时间的流逝、空间的结构和事物的演化、演化的历史统一起来考察之后，时间和空间所具有的内在统一性关系才逐步被揭示出来。
二、时空转化与演化的信息
首先以科学的方式把演化的、历史的观念引入时间流逝和空间变化的过程之中的是德国哲学家康德。1775年，康德的《宇宙发展史概论》出版。在这部著作中，他提出了关于天体起源的“星云假说”，把太阳系以及一般天体的形成描述为自然本身按照自己所固有的规则“在永恒的流逝中”的“展现”，“在整个无限空间和时间范围中的造化”，并且，这种“展现”和“造化”具有生灭不已、循环往复的无穷发展系列的特征。[3]
恩格斯从康德—拉普拉斯的星云假说中，从当时地质学的发现中，已经相当明确地指出了在历史的“痕迹”中时间和空间内在地统一起来了。他写道：“康德的发现中包含着一切继续进步的起点”[4](P12)；“自然界不是存在着，而是生成着并消逝着……地质学产生了，它不仅指出了相继形成起来的逐一重叠起来的地层，并且指出了这些地层中保存着已经死绝的动物的甲壳和骨骼，以及已经不再出现的植物的茎、叶和果实。必须下决心承认：不仅整个地球，而且地球今天的表面以及生活于其上的植物和动物，也都有时间上的历史。”[4](P13)
正是这种“时间上的历史”在现实存在中的“保存”，实现着时间在空间中的停留，亦即是说，时间转化成了空间的结构，消失的时间在后续的空间结构中被储存了，亦即是并未消失。由这种空间中储存着的消失了的时间才印证出时间流逝和空间变幻的演化历史性。这就是消失了的时间的直接存在以某种间接存在的方式在后续的空间结构中保留了下来。这就是时间流逝的信息，当然也同时便是空间变幻的信息，因为这种时间流逝的信息直接标明现存空间结构的后续生成的性质。
严格地讲，一切关于演化的理论，一切种类的进化学说，都是关于时空转换的内在统一性的演化信息学说。因为，只有在现存空间结构中解译了储存的时间历史、空间历史的信息码后，演化才是可理解的，才是可被证明的，同时，在此基础上建立的理论也才能成为令人信服的科学。
热力学第二定律的发现，以及与之相关的熵概念的引入，是物理学上的一场带有根本性质的革命。因为正是由此，演化的观念、历史的观念、时间不可逆的观念进入了物理学的视野。只可惜的是，以热力学第二定律为代表的经典物理学所研究的还只是系统沿着无序化退化方向不可逆演化的规律。在这样一个演化方向上，时间的历史具有不可追忆的特征。
普里戈金创立的耗散结构论研究了另外一条与热力学第二定律所揭示的演化方向相反的演化路线，即事物向有序化方向进化的路线。在这条路线上时间的历史被储存了。在这一进化的方向上，“时间就是构造”，并且，时间和空间是可以相互转化的，“科学把时间空间化了”，而“空间得到了一个时间维”，并且，因为空间结构形成的时间上的相继性，使我们有必要去研究“空间的计时”性。[5]
在耗散结构理论看来：“一个非平衡系统的演化过程，可以用数学中的分支点理论来描绘。一个非平衡系统如果经过分叉点A、B到达C时，那么对C态的解释就必然暗含着对A态和B态的了解。这样，我们就在物理学和化学中引入了历史的因素。”[6](P110) 在这里，“演化的历史被‘记忆’和保留”。在这些“记忆”和“保留”中，“既有老一代性质的遗传，又有新的功能的产生和选择”[6](P96)。而在这样的一个分叉演化中，“时间已不再是一个简单的运动参量，而是在非平衡世界中内部进化的度量”[6](P111)。
三、时空互化的全息统一
从最为一般的意义上讲，演化是通过事物的相互作用实现的，而事物的相互作用过程同时就是事物间进行信息的同化和异化的过程。在这一普遍相互作用的信息同化和异化的过程中，处于演化过程中的事物必然被普遍信息体化。事物的普遍信息体化的性质，决定了在其内部的特定结构“痕迹”中必然凝结了关于自身演化历史的多重关系的信息。这样，演化之时间流逝的信息，以及事物演进由来的旧有空间结构状态的信息都会以某种被扭曲、变态，或部分耗散扬弃的形式，在演进之事物的现存结构中得到不同程度的保留。如此，在历史的东西直接存在的过程消失了之后，这种直接存在还可以转化为某种间接存在的形式继续存在着。这种关于历史的间接存在以后续演化阶段上所建构出来的直接存在为载体而遗传下来了。这样，时间的空间化、空间的时间化便都是可以理解的了，并且也都是必然的了。
时空转化凝结信息。宇宙大爆炸所产生的宇宙背景辐射的“遗迹”在现存宇宙空间中的游荡，给宇宙学家们带来了关于宇宙膨胀演化开端状态的信息，而各类天体远离我们而去的现存宇宙的时空运动，则向我们提供了我们所处的内宇宙自膨胀演化以来所经历过的时间的信息，以及我们这个内宇宙具有怎样的规模和尺度的空间的信息。太阳系现存的时空结构及其元素组成方式直接凝结着太阳系起源及演化至今的种种时空样态的信息。地球地质的层叠结构的现存空间样态，一页页地记录着地球地层的时空演化史，其中不仅包括地质时空样态的变迁，而且包括生活在不同地质年代的生物，以及与之相应的地球环境条件的具体时空样态的信息。物体以它的运动状态、外观形状，以及内在结构方式和元素组构成分间的现实关系编码着自身产生历史的时间表（如，据此而来的关于物体产生年代的同位素测定法）。空中飘落的每一片雪花都是有具体差异的，这种具体差异的构型，详尽记录着它在高空结晶和落下历程中所经历的变化多端的天气条件的历史信息，在这里，雪花以它自己的特定构型全息着自身产生、运动、变化的历史。生物遗传基因DNA的空间排列结构编码着生物种系进化历史的相关信息，这种信息依其进化顺序的按特定时间序展开的表达便是由此DNA所规定的生物个体发育的过程， 这种历史的时空样态以某种大大压缩了的方式在个体发育的现存时空样态中的具体展示，构成了生物个体发育过程重演其种系进化过程的生物重演律现象。分形以及混沌理论所揭示的那种跨越不同层级的无穷嵌套的自相似结构，则可能是事物在普遍相互作用中所达到的时间与时间的互化、空间与空间的互化、时间与空间的互化的一种全息境界。在此境界中，时空转化是全方位的，由此转化而凝结的演化信息也是全方位的。
时空转化中的演化信息的凝结并不仅仅是针对历史而言的，它还指向未来。事物现存的时空结构本身就规定着事物未来演化的路径。当然，这种未来演化的路径绝不是完全决定论式的，它是一个可能性的集合。对于这个集合中的某一可能性方向的选择还依赖于一些其他相关的条件。
事物的现存结构同时具有三重存在的价值和意义：一是它自身规定它自身的是之所是；二是它自身承接它自身的历史；三是它自身指示它自身的未来。这样，事物以它自身的现存性，凝结着关于自身历史、现状、未来的三重信息，也可以说，由于演化的“造化”，事物总是对它的过去、现在和未来全息的。当然，我们没有必要把这一全息绝对化，因为这里全息的并不是所有过程的具体的细节，而只能是某种扬弃了琐碎具体细节的一般性的“程序”，并且，随着演化过程的继续，这些一般性的“程序”也有可能会不断地被部分“耗散”，同时，某些新的内容的“程序”又会被不断地创生出来。在这里，非完全决定论的以及全息不全的原则仍然是适用的。
四、相互作用与双重演化
事物现存结构的这种对历史、现状和未来的全息性，是在事物自身演化的时间和空间的全方位的互化中建构出来的。这种演化过程的建构依赖于事物内部和事物之间的普遍的相互作用。正是通过这种内部和外部的相互作用，事物才可能变化，由此变化又会呈现出时间的流逝和空间的变幻，也才有时空互化，信息凝结、耗散，事物结构的不断更新建构。
事物在其复杂的内、外相互作用中同时实现着双重演化效应：一是物质形态的演化效应（物自身的一种直接存在的样态向另一种直接存在的样态的转化，中介物的产生和运动，物物间的联系、过渡和转化）；二是信息形态的演化效应（物自身的直接存在向间接存在的过渡，相互作用物的间接存在的相互凝结，新的间接存在样态的建构）。
正是在相互作用中所实现的双重演化效应，将事物的存在方式二重化了，即所有的事物都是直接存在和间接存在的统一，都既是物质体又是信息体，任何物都以其演化生成的结构编码着关于自身历史、现状和未来的多重关系的信息。正是在结构生成的信息凝结的意义上，我们才可以理解时间和空间的复杂性问题：相互作用中的时空转化，时空转化中的信息凝结，以及由此导致的时间和空间化和空间的时间化。
哲学中的演化范畴应当具有双重维度的规定：从物质活动的层面上来看，演化是事物秩序展开中之进化和退化相统一的过程；从信息活动的层面上来看，演化是信息产生、耗散和积累的过程。这双重维度的规定同样可以合理地解释两种不同的演化方式和方向：向上的有序化演化——物质形态的进化、信息模式的创生和积累；向下的无序化演化——物质形态的退化、信息模式的消解和耗散。
其实，物质形态的演化和信息形态的演化是宇宙、宇宙事物同一个统一演化过程的两个侧面。在宇宙事物演化的层面上，信息形态与物质形态具有同步演化性。与无机、有机界——生物界——人类社会三大物质形态进化演化阶段相对应，信息形态的进化演化也经历了三个大的阶段，即自在信息——自为、再生信息——社会信息。
由相互作用所引出的双重演化的理论，将有可能为我们提供一种全新的时空演化观。
五、分维时空的复杂性特征
20世纪70年代中期创立的分形几何学，从一个特定的观察视角进一步深刻揭示了时间和空间的复杂性。
传统的几何学，包括欧氏几何学、非欧几何学等，都是用整数维度来描述空间性质的。如，点是零维的，线是一维的，面是二维的，体是三维的。爱因斯坦把时间和空间作统一的考察，其建立的四维时空结构仍然是整数维的。控制论提出的状态空间法所描述的高维（n维）抽象空间的性质仍然是整数维的。 整数维所描述的空间形式的共同特性是规则、连续而光滑的几何图形。如，线是分段连续而光滑的，面是分片连续而光滑的，体是分块连续而光滑的。遇到不规则图形时，传统几何学总是采取将其化为规则图形的近似手法去处理。
然而，更多的自然物的空间结构都具有明显的不规则性、非连续性和不光滑性。如，凹凸不平的地面、弯曲的海岸线、枝繁叶茂的树木、具有复杂褶皱的大脑皮层、飘舞的雪花、浮动的云朵……这一切都无法用任何规则的几何图形去描述。经典几何学在这些对象面前失效了。
分形几何学揭示了空间维度的非整数性特征。在分形几何学看来，任何物体的空间结构都是不规则、不连续和不光滑的，空间结构在本质上具有层次性、内部不均匀性和间断性，到处充满了空洞和缝隙。对如此复杂的空间结构不能简单用长度、面积、体积等规则几何对象的特征来予以描述。描述分形空间结构的特征量只能是分数维数（分维）。
其实，量子力学的相关学说已经揭示了微观、超微观世界空间结构的分维特征。按照广义相对论的结论，任何物体的具体时空都有一定的曲率，这一曲率的大小与物体质量所造成的引力的大小，以及该物体运动的方式直接相关。无论物体的具体时空具有多大的曲率，它都应当是光滑的和连续的。然而，按照量子力学的理论，在超微观尺度上点状粒子间的相互作用将可能引起量子涨落的时空跌宕起伏现象，越是在小尺度上看到的引力场的起伏越大，类似于大海的波涛，浪花飞溅。量子力学称之为量子泡沫的喧嚣。量子力学所预言的超微观尺度上的量子涨落，在显示微观尺度时空结构复杂性的同时，也揭示了量子力学与相对论的矛盾，使广义相对论在微观尺度上失效，进而导致广义相对论不再是一种普适的理论。
分形学家们具体设计了应用数学方法构造分形结构的一般方法和程序：一般说来，只要给定一个源型（如线、面、体等）和生成规则（如生成线、面、体等），并应用生成规则反复作用于源型，就可以构造出特定分形结构来。
如果将演化和信息的观点引入对分形结构产生和发育问题的讨论，我们便可以将时间因素注入到分形理论之中，并因而在更为复杂综合的层面上来探讨时间和空间的内在统一性问题。一种可能的情况是：事物在沿着有序化方向进化演化时，其空间结构的具体建构极有可能是按照分形原则展开的。如，生命体中的各类器官、组织和系统并不是在其最初获得的胚胎结构中就预先存在的。也许，DNA 中的生命遗传信息所规定的仅仅是各类器官、组织、系统按某种特定分形规则进行建构的一般性原则和程序。如果真是这样，DNA就并不需要拥有规定所有器官、组织、 系统形成结构的详尽细节的信息内容。也许正是分形规则的原则控制着生物形态发育的过程。诸如脑皮层的复杂褶皱的分形结构、神经系统的分叉网络分形结构、支气管系统的分支分形结构、肝脏的胆管系统的分形结构、血液循环系统网络的分形结构、人体经络系统的分形结构，等等，都是按照特定的分形原则，在不断同化相应的适宜环境信息的过程中一步步生成和建构出来的。由此，我们便可以清晰地看到，在事物进化演化的方向上，时间程序的维度是怎样具体融入或统一到复杂空间结构变换的过程之中的。
六、“超弦”理论与时空复杂性问题
在当代物理学面临的诸多难题面前，作为当代物理学两大支柱的相对论和量子力学陷入了解释力失效的困境。为化解当代物理学所面临的危机和挑战，一个试图要超越相对论和量子力学的新的物理学理论——超弦理论，在20世纪60年代末被提出，并在20世纪80年代中叶以来逐渐发展成型和日趋标准化。
按照超弦理论的设计，构成世界的基本元件不再是只占空间位点的点状粒子，而是只有长度而没有其他线度、像是一根无限细的弦（或称超弦）这样的东西。这些弦可以有两端（开弦），或它们可以自身首尾相接成闭合的圈子（闭弦）。开弦和开弦、闭弦和闭弦、开弦和闭弦之间存在着相互分解和组合、相互生成和转化的复杂的相互作用。弦存在于超微观蜷缩状小尺度空间，其最小长度不能小于10[－33]厘米（普朗克尺度）。这种小尺度空间就镶嵌在我们熟悉的三维空间之中。
超弦理论还预设了某种宇宙弦的存在。宇宙弦是早期宇宙生成的超微观凝聚态，没有端点，要么是封闭的，要么是无穷长。随着大爆炸持续至今的冷却效应，逐渐凝聚成一张由贯穿整个宇宙的弦缠结而成的网。这些弦具有巨大的张力，强烈地振动和扭动，并与其他种类的弦相互交缠。宇宙弦的猛烈运动，产生如水波峰一样的“引力波”效应。
弦本身的运动形式相当复杂，除了前已述及的弦与弦的分解和组合、相互生成和转化的相互作用之外，永不停息的振动就是弦自身的存在方式。迄今为止人类观察到的所有基本粒子都对应于弦的不同振动模式。闭弦的最低阶振动模式对应着引力子，开弦的最低阶振动模式对应着光子。一个基本粒子的性质（质量和力荷）是由其内部的弦产生的精确的共振模式决定的。因为各类弦的振动模式可能有成千上万种，所以，我们可能观察到的基本粒子的数量便远远大于目前发现的三百多种。
按照超弦理论的预设，普朗克尺度（10[－33]厘米）是宇宙收缩的极限。宇宙时空的维数也不是我们习见的4维时空（3维空间和1维时间），而是11维时空（10维空间和1维时间）。超弦理论预言宇宙在任何空间维上都不可能收缩到普朗克尺度以下。当所有的空间维都收缩到普朗克尺度时，宇宙的收缩将会中止。
超弦理论还预言了产生宇宙膨胀的大爆炸之前发生的事情。大爆炸之前高度蜷缩在小尺度时空的11维宇宙处于某种高能级的“假真空态”，这一“假真空态”是不稳定的，在其向低能态跃迁时发生爆炸。11维宇宙的失稳分裂为两个部分，其中3维空间和1维时间被展开，构成了我们可以观察到的宇宙时空，而其余7维空间仍然高度蜷缩在小尺度上，并在超微观尺度上镶嵌或缠绕在已被展开的3维空间之中。这7维空间虽然存在于我们周围，但由于其尺度太小，又由于我们本身是以3维空间构架建构起来的，所以，我们根本无法直接观察到这7维空间中的情景。
超弦理论还用它自己的方式解释了暗物质或暗能量的存在方式。按照超弦理论的说法，暗物质或暗能量就存在于超微观尺度上的7维空间之中， 我们认为是丢失了的质一能，其实是以未曾得以延展的弦的方式，高度蜷缩在超微观尺度的其他维空间之中，故而我们无法直接观测到它们的存在，但是，在某些场合，我们却可能感受到它们所引起的某些效应，如在某些观测结果中增加着的引力和排斥力，等等。
已有的相关理论认为，超弦理论还是科学界探索已久的统一场理论。按照超弦理论的预设，完全可以将现实世界中分列着的四种基本相互作用的力场，在弦的互化和振动的尺度上得到完满而统一的解释。
直到目前，超弦理论还仅只是一种科学假说，这一理论虽然在超微观尺度上预设了宇宙的终极存在形态及其运动方式，但是，宇宙的这一终极形态却并未被相应的观察、试验所发现。有些学者甚至断言，由于尺度极小，人类也许永远不可能直接观测到这一宇宙的终极形态。另有一些学者则指出，与其说超弦理论是一种科学，还不如说它更像是一种艺术。但是，无论如何，超弦理论比较起相对论和量子力学来更具有科学的解释力，当代物理学所面临的诸多难题大都可以在超弦理论的相关预设中得以化解。
如果说，超弦理论所预设的宇宙弦及其网络，以及弦的互化和永恒振动的运动方式等学说在微观、超微观尺度上揭示了宇宙存在和运动的复杂性的话，那么，超弦理论关于11维时空的预设，以及在宏观延展的3维空间中镶嵌或缠绕着微观、超微观尺度的更多维空间的假定，则向我们昭示了微观、超微观尺度上宇宙时空结构的复杂性。显然，这一层面的时空复杂性是不可能用欧氏几何或任何一种传统的非欧几何来测度的，因为，如此复杂的时空结构，无论如何也难以用平直的或带曲率的、光滑连续的、整数型的时空维度来准确描述。虽然，超弦理论预设了一个11维的时空结构，但是，由于空间结构在宇观、宏观、微观、超微观尺度的不同层级之间的多重镶嵌和缠绕，以及弦自身永恒的振动和弦之间相互作用的互化，便不可避免地导致微观、超微观尺度上的具体时空的多层级性、多曲折性、永恒跌宕起伏的非光滑性和非连续性。而诸如此类的时空特性则只能用分形几何予以描述。也许，将分维空间的特性引入超弦所设计的时空结构的探讨要比目前超弦理论所设计的整数型的11维时空结构更具有合理性。
七、非线性的世界
相互作用所实现的物质形态和信息形态的演化是通过事物的结构变迁和特定“痕迹”的建构来达到的。是怎样的一种内在机制引起了这种“结构变迁”、“痕迹建构”的发生呢？这就涉及相互作用的一种基本的方式——非线性。旧的结构的瓦解，新的结构的建构；旧有信息的耗散，新的信息的产生、凝结和积累，无不依赖于这种非线性相互作用的机制。
通常，在理论上，相互作用的方式被区分为线性和非线性两类。这两类不同的相互作用方式对事物的演化所起的作用是截然不同的。
线性相互作用强调了一种单一规则性和严格决定论式的简单性。在线性相互作用的情景下，系统的宏观特性仅仅是其要素特性的简单叠加，这种叠加还只是一种量上的组合，并不会引起系统整体性质的变化，并且，系统的整体性质也不会反过来改变其组成要素在孤立状态下的性质。以往的经典科学注重研究的基本上都是这类线性相互作用的关系。根据这种关系建立起来的线性方程或线性方程组是可以通过某几个基本的步骤解出来的。在经典科学的视野中，这个世界具有某种简单和谐的规则性；一切都按照某种严格决定论式的、合乎某种目的论的、具有完全可预见性的方式运转。当牛顿用他的力学方式给出了世界运行的决定论公式的时候，当爱因斯坦设计他的宇宙大一统的运行方程式的时候，他们都是以这种对事物关系的线性理解为根本依据的。在科学的经典时代，当科学家们在观察和试验中发现了非线性关系的时候，他们往往让事实服从于他们的理性，他们不是把这种非线性归罪于自己观察或实验的精度不够，就是把这种非线性说成是某种偶然的反常事件。
在科学进入20世纪下半叶之后，随着现代信息系统科学自身从简单性到复杂性的发展，尤其是随着耗散结构论、协同学、超循环理论、分形、湍流和混沌理论这些信息系统科学的最新分支的诞生和发展，这个被颠倒了的关系才开始被正过来。
那种对事物的性质并不发生整体性影响的纯粹线性的相互作用关系，那种具有简单规则性的、严格决定论式的、可完全预测性的纯线性关系仅仅是一种概念化的理想状态。经典的线性关系仅仅是对事物真实关系的某种抽象性的简化，或如普里戈金所说，它仅仅是对某些过程进行描述的一种“近似方法”。[7]
其实，非线性的真正深刻而本质的原因，就来源于现代物理学所揭示的微观世界的本性。在微观世界的尺度上始终存在着某种涨落场，这种涨落场是所有微观尺度空间所固有的一种性质，它直接影响着场中粒子的行为。在微观尺度上，存在着某种“空间涨落的泡沫状结构”[8]，这一结构表明，存在着某种时时处处都在随机形成又随机消失的空间几何花样。
微观世界本身的这种随机性，从物理世界深层结构的层次上表明了世界时空结构的非线性和复杂性的本质。可直接观察的宏观世界的时空结构的复杂性，恰恰是根基于不可直接观察的微观世界的时空结构的复杂性之上的。
由于系统内部固有的随机涨落因素的始终存在，由于系统内外因素的复杂多样的影响，任何一种简单规则性、严格决定论、可完全预测性的纯线性关系都是不可能的。真实系统的相互作用一般都具有某种不规则的、随机的、不可完全预测的特征，这些特征给系统的相互作用带来了复杂性和整体性，亦即带来了非线性。
一般而论，元素之结成系统就是因为在元素间建立了某种整体相关的联系，这种整体相关的联系，必然导致系统整体行为的发生，同时，也导致系统中元素的某些孤立状态下的功能和特性的被抑制，并且，这些元素的行为也必将与系统整体的行为保持某种一致性关系。如果舍弃了系统关系的多面性和复杂性，仅就系统中的某一个别的性质方面的状况来讨论的话，那种线性的相互作用或许还具有较大近似的意义，但就系统的整体性质和功能来说，仅仅停留在这种纯线性的解释上则远远不能反映真实情形了。
非线性相互作用是系统复杂性、整体性特征的体现。在非线性相互作用中，系统中的诸多要素之间是彼此相关的，要素和系统整体之间也是彼此相关的。系统的这种内在彼此相关性，在要素和要素之间、要素和整体之间建立了某种作用的协同相干，通过这种作用的协同相干，一方面，系统产生了自己的整体行为模式；另一方面，元素和元素之间、元素和整体之间也具有了某种相互的限制和规定。这种整体的行为，这种相互的限制和规定使元素间的行为不同程度地协调同步化，使元素的行为不同程度地去服从系统的整体行为模式。在这里，要素和要素之间、要素和系统整体之间都不同程度地被全息化了。一方面，要素间相互作用的协同相干构建了系统整体的模式和行为；另一方面，整体的模式和行为又制约了要素的性质和活动方式。
现代信息系统科学的发展，特别注重强调系统的内随机性、内反馈环的信息网络、不规则性、非严格决定论性、非完全可预测性、复杂性、整体性、非平衡性和非线性的特性。在系统的这样一些特性之间，存在着某种互补说明的内在一致性关系。这种一致性关系集中显现着世界本身的非线性特征。
非线性给世界带来了无限的生机。正是相互作用的非线性机制，正是这种非线性机制所导致的要素和要素、系统整体和要素之间的种种相互制约、规定、协同相干的性质，才使处于种种内外相互作用中的物，在其内部和物与物之间普遍建立起了某种特化的“痕迹”。这种“痕迹”构成了一般的物之“结构变迁”、“模式建构和转换”的过程，而在这一过程中所实现的便是事物之物质形态和信息形态的双重运动、变化、转化和演化，而能够具体体现这一双重运动、变化、转化和演化特征的便是时间和空间的具体而复杂的内在统一性关系：时间的空间化、空间的时间化，以及时空结构的多层级缠绕、跌宕起伏的不规则、非均匀、非连续、非光滑的分维特征。
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